【電源管理】如何構(gòu)建多種類型的基準(zhǔn)電壓源/穩(wěn)壓器

本實(shí)驗(yàn)旨在構(gòu)建和研究多種類型的基準(zhǔn)電壓源/穩(wěn)壓器，分為以下幾部分：

●可調(diào)基準(zhǔn)電壓源

●增強(qiáng)基準(zhǔn)電壓源

●分流穩(wěn)壓器

調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓源

目標(biāo)

可以將先前實(shí)驗(yàn)中的零增益放大器（Q1、R2）和穩(wěn)定電流源（Q2、R3）與負(fù)反饋中的PNP電流鏡級（Q3、Q4）配合使用，以構(gòu)建在一定的輸入電壓范圍內(nèi)提供恒定或可調(diào)輸出電壓的電路。

材料

●ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

●無焊面包板

●一個(gè)2.2 kΩ電阻（或其他類似值）

●一個(gè)100 Ω電阻

●兩個(gè)小信號NPN晶體管（2N3904或SSM2212）

●兩個(gè)小信號PNP晶體管（2N3906或SSM2220）

說明

面包板連接如圖1所示。AWG1的輸出驅(qū)動PNP晶體管Q3和Q4的發(fā)射極。Q3和Q4配置為電流鏡，其基極與Q3的集電極相連。Q4的集電極連接到電阻R1。電阻R1和R2以及晶體管Q1按照2020年11月學(xué)子專區(qū)實(shí)驗(yàn)所示進(jìn)行連接，“ADALM2000 實(shí)驗(yàn)： 零增益放大器。”由于Q2的VBE始終小于Q1的VBE，因此應(yīng)從器件庫存中選擇Q1和Q2，使得（在相同的集電極電流下）Q2的VBE小于Q1的VBE。晶體管Q2的基極連接到Q1集電極的零增益輸出。Q2的集電極連接到PNP電流鏡的輸入端，即Q3的基極和集電極。2+（單端）示波器輸入用于測量Q4集電極上的輸出電壓。圖1.穩(wěn)壓器電路。

硬件設(shè)置

波形發(fā)生器1應(yīng)配置為1 kHz三角波，峰峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2的單端輸入(2+)用于測量Q4集電極上的穩(wěn)定輸出電壓（負(fù)輸入1-和2–應(yīng)接地）。

圖2.穩(wěn)壓器試驗(yàn)板電路。

程序步驟

繪制輸出電壓（在Q4的集電極處測量）與輸入電壓的關(guān)系曲線。在多少輸入電壓電平下，輸出電壓停止變化/調(diào)節(jié)？這稱為壓差。對于輸入電壓高于壓差的情況，輸入電壓每變化一伏，輸出電壓變化多少？VOUT的變化/VIN的變化稱為電壓調(diào)整率。將可變電阻的輸出節(jié)點(diǎn)接地。在輸入電壓固定（即連接到固定的Vp板電源）的情況下，測量電阻各種設(shè)置的輸出電壓。計(jì)算每個(gè)設(shè)置的電阻中的電流。輸出電壓與輸出電流的關(guān)系有何變化？這稱為負(fù)載調(diào)整。圖3.穩(wěn)壓器示波器XY圖。

增強(qiáng)基準(zhǔn)電壓源

目標(biāo)

上一節(jié)中穩(wěn)壓器電路存在的問題是，可用于輸出負(fù)載的電流受到通過PNP Q3和Q4映射的NPN Q2提供的反饋電流的限制。我們希望構(gòu)建一個(gè)電路，不僅在輸入電壓范圍內(nèi)，而且在輸出負(fù)載電流范圍內(nèi)都能提供恒定或可調(diào)輸出電壓。這第二個(gè)電路利用發(fā)射極跟隨器輸出級為輸出提供電流。

材料

●一個(gè)2.2 kΩ電阻

●一個(gè)100 Ω電阻

●一個(gè)10 kΩ可變電阻（電位計(jì)）

●一個(gè)4.7 kΩ電阻（可以是為所需電路操作選擇的任何類似阻值電阻）

●四個(gè)小信號NPN晶體管（2N3904和SSM2212）

說明

面包板連接如圖4所示。晶體管Q1和電阻R1及R2依然配置為零增益放大器。晶體管Q2和可變電阻R3形成穩(wěn)定的電流源。如果使用SSM2212匹配的NPN對，最好將其用于器件Q1和Q2。共發(fā)射極輸出級Q3及其集電極負(fù)載R4提供增益。發(fā)射極跟隨器Q4驅(qū)動輸出節(jié)點(diǎn)并關(guān)閉負(fù)反饋環(huán)路。圖4.增強(qiáng)型穩(wěn)壓器。

硬件設(shè)置

波形發(fā)生器W1應(yīng)配置為1 kHz三角波，峰峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2 (2+)用于測量Q4發(fā)射極上的穩(wěn)定輸出電壓。

圖5.增強(qiáng)型穩(wěn)壓器試驗(yàn)板電路。

程序步驟

重復(fù)測量此電路的壓差、線路和負(fù)載調(diào)整。它們與第一個(gè)穩(wěn)壓器電路有何不同？

圖6.增強(qiáng)型穩(wěn)壓器波形XY圖。

分流穩(wěn)壓器

目標(biāo)

可以將零增益放大器（Q1、R2）和穩(wěn)定電流源（Q2、R3）與負(fù)反饋中的共發(fā)射極放大器級(Q3)配合使用，以構(gòu)建在一定的輸入電流范圍內(nèi)提供恒定或可調(diào)輸出電壓的2端口電路。

材料

●ADALM2000主動學(xué)習(xí)模塊

●無焊面包板

●跳線

●一個(gè)2.2 kΩ電阻（或其他類似值）

●一個(gè)100 Ω電阻

●一個(gè)1 kΩ電阻（或類似值）

●一個(gè)10 kΩ可變電阻（電位計(jì)）

●三個(gè)小信號NPN晶體管（2N3904和SSM2212）

說明

面包板連接如圖7所示。函數(shù)發(fā)生器的輸出驅(qū)動電阻R4的一端。電阻R1和R2以及晶體管Q1按照11月學(xué)子專區(qū)文章所示進(jìn)行連接，”ADALM2000實(shí)驗(yàn)：零增益放大器(BJT)。”電阻R3和晶體管Q2按照2021年1月文章所示進(jìn)行連接，”ADALM2000實(shí)驗(yàn)：穩(wěn)定電流源。”如果使用SSM2212匹配的NPN對，最好將其用于器件Q1和Q2。添加Q3，將其發(fā)射極接地，基極連接到Q2的集電極，集電極連接到組合R1、R3、R4和示波器輸入2+的節(jié)點(diǎn)上。

圖7.帶隙分流穩(wěn)壓器。

硬件設(shè)置

波形發(fā)生器W1應(yīng)配置為1 kHz三角波，峰峰值幅度為4 V，偏置為2 V。示波器通道2的單端輸入(2+)用于測量Q3集電極上的調(diào)節(jié)輸出電壓。

圖8.帶隙分流穩(wěn)壓器試驗(yàn)板電路。

程序步驟

配置示波器以捕獲測量的兩個(gè)信號的多個(gè)周期。確保啟用XY功能。圖9提供了示波器顯示的圖像示例。調(diào)節(jié)可變電阻R3時(shí)，觀察輸出電壓的調(diào)節(jié)。

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