本次實驗的目的是研究簡單的NPN發射極跟隨器，有時也被稱為共集電極配置。

 

材料

 

●     ADALM2000 主動學習模塊

●     無焊麵包板

●     跳線

●     一個2.2 kΩ電阻(RL)

●     一個小信號NPN晶體管（Q1采用2N3904）

 

說明

 

麵包板連接如圖2所示。任意波形發生器W1的輸出連接至Q1的基極端子。示波器輸入1+（單端）也連接至W1輸出。集電極端子連接至正極(Vp)電源。發射極端子連接至2.2 kΩ負載電阻和示波器輸入2+（單端）。負載電阻的另一端連接至負極(Vn)電源。要測量輸入-輸出誤差，可以將2+連接至Q1的基極，2–連接至發射極，以顯示示波器通道2的差值。

 

圖1.發射極跟隨器。

 

硬件設置

 

波形發生器配置為1 kHz正弦波
，峰峰值幅度為4 V，偏移為0。示波器通道2的單端輸入(2+)用於測量發射極的電壓。示波器配置為連接通道1+以顯示AWG發生器輸出。在測量輸入-輸出誤差時，應連接示波器的通道2，以顯示2+和2–之間的差值。

 

圖2.發射極跟隨器麵包板電路。

 

程序步驟

 

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。產生的波形如圖3所示。

 

圖3.發射極跟隨器波形。

 

發射極跟隨器的增量增益(V_OUT/V_IN)理想值為1，但總是略小於1。增益一般通過以下公式計算：

 

 

從公式可以看出，要獲得接近1的增益，我們可以增大R_L或減小r_e。也可以看出，r_e是I_E的函數，I_E增大
，r_e會減小。此外
，從電路可以看出
，I_E與R_L相關，如果R_L增大，I_E會(hui)減(jian)小(xiao)。在(zai)簡(jian)單(dan)的(de)電(dian)阻(zu)負(fu)載(zai)發(fa)射(she)極(ji)跟(gen)隨(sui)器(qi)中(zhong)，這(zhe)兩(liang)種(zhong)效(xiao)應(ying)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)。所(suo)以(yi)，要(yao)優(you)化(hua)跟(gen)隨(sui)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)找(zhao)到(dao)能(neng)在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)另(ling)一(yi)方(fang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)降(jiang)低(di)r_e或增大R_L的方法。如果從另一個角度來看跟隨器，因為晶體管V_BE本身的DC偏移，在預期的擺幅內輸入和輸出之間的差值應是恒定的。受簡單的電阻負載R_L影響
，發射集電流I_E會隨著輸出上下擺動而升高和降低。因為V_BE是I_E的指數函數

，當I_E的變化係數為2時，V_BE的變化幅度約為18 mV（室溫下）。以+2 V至–2 V的擺幅為例，最小I_E = 2 V/2.2 kΩ或0.91 mA，最大I_E = 6 V/2.2 kΩ或2.7 mA。V_BE的變化幅度為28 mV。根據這些實驗結果
，我們能從一個方麵改善發射極跟隨器。為了讓放大器晶體管發射極電流固定不變，現在使用 "ADALM2000實驗：BJT電流鏡" 中的電流鏡來替代發射極負載電阻。電流鏡能在寬電壓範圍內獲取較為恒定的電流。晶體管中這種較為恒定的電流會導致VBE相當恒定。從另一個角度來看，電流源中極高的輸出電阻可以有效提高R_L，但r_e保持為電流設定的低值。

 

改善的發射極跟隨器

 

附加材料

 

●     一個3.2 kΩ電阻（將1 kΩ和2.2 kΩ電阻串聯）

●     一個小信號NPN晶體管（Q1采用2N3904）

●     兩個小信號NPN晶體管（Q2和Q3均采用SSM2212），以實現最佳V_BE匹配

 

說明

 

麵包板連接如圖4和圖5所示。

 

圖4.已改善的發射極跟隨器。

 

硬件設置

 

波形發生器配置為100 Hz三角波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0。示波器通道2的單端輸入(2+)用於測量Q1的發射極的電壓。示波器配置為連接通道1+以顯示AWG發生器輸出。在測量輸入-輸出誤差時
，應連接示波器的通道2
，以顯示2+和2–之間的差值。

 

圖5.改善的發射極跟隨器麵包板電路。

 

程序步驟

 

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。產生的波形如圖6所示。

 

圖6.改善的發射極跟隨器波形。

 

圖7.電阻和電流源負載的輸入-輸出誤差的Excel圖示例。

 

低偏移跟隨器

 

我們此前討論的跟隨器電路具有內置偏移–V_BE。接下來使用的電路利用PNP發射極跟隨器的V_BE向上偏移來抵消NPN發射極跟隨器的V_BE向下偏移。

 

材料

 

●     一個6.8 kΩ電阻

●     一個10 kΩ電阻

●     一個0.01 μF電容

●     一個小信號PNP晶體管（Q1采用2N3906）

●     三個小信號NPN晶體管（Q2、Q3和Q4采用2N3904或SSM2212）

 

說明

 

麵包板連接如圖8和圖9所示。函數發生器的輸出連接至PNP晶體管Q1的基極端子。Q1的集電極端子連接至二極管NPN Q3，這是電流鏡的輸入。發射極端子連接至電阻R1和NPN晶體管Q2的基極端子。示波器輸入2+連接至Q2的發射極和Q4的集電極。Q3和Q4的發射集連接至負極(Vn)電源。為了實現最佳晶體管匹配，Q3和Q4使用SSM2212 NPN匹配對。

 

圖8.低偏移跟隨器。

 

硬件設置

 

波形發生器配置為1 kHz正弦波
，峰峰值幅度為4 V
，偏移為0。示波器輸入通道2設置為500 mV/div。

 

圖9.低偏移跟隨器麵包板電路。

 

程序步驟

 

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。產生的波形如圖10所示。

 

圖10.低偏移跟隨器波形。

 

在簡單的發射極跟隨器驅動容性負載時，會產生一個問題。由於發射極電流僅受β乘cheng以yi基ji極ji電dian流liu的de限xian製zhi，該gai倍bei數shu由you驅qu動dong基ji極ji的de信xin號hao源yuan提ti供gong，因yin此ci輸shu出chu的de上shang升sheng時shi間jian相xiang對dui較jiao快kuai。下xia降jiang時shi間jian可ke能neng慢man的de多duo，會hui受shou發fa射she集ji電dian阻zu或huo電dian流liu源yuan限xian製zhi。

 

平衡壓擺率跟隨器

 

材料

 

●     兩個2.2 kΩ電阻

●     一個10 kΩ電阻

●     一個0.01 μF電容

●     三個小信號PNP晶體管（Q2、Q3和Q4采用2N3906或SSM2220）

●     三個小信號NPN晶體管（Q1
、Q5和Q6采用2N3904或SSM2212）

 

說明

 

圖11所示的電路在負載電流變化時，使用反饋來調節發射極跟隨器中的電流。拉動負極輸出的電流可以達到N（NPN鏡的增益）乘以PNP Q3的電流。為了實現最佳晶體管匹配
，Q3和Q4使用SSM2220 PNP匹配對
，Q5和Q6使用SSM2212 NPN匹配對（NPN電流鏡增益為1）。添加第二個SSM2212，與Q5並聯（以提高電流鏡的增益）。

 

圖11.平衡壓擺率跟隨器。

 

硬件設置

 

波形發生器配置為1 kHz正弦波
，峰峰值幅度為4 V，偏移為0。示波器輸入通道2設置為1 V/div。

 

圖12.平衡壓擺率跟隨器麵包板電路。

 

程序步驟

 

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。產生的波形如圖13所示。

 

圖13.平衡壓擺率跟隨器波形。

 

改善發射極跟隨器的另一種方法是通過負反饋來降低有效re。可以通過增加第二個晶體管，通過增大開環增益來增大負反饋因子
，以此降低re。單個晶體管被一個反饋對取代，後者向第一個晶體管的發射集提供100%電壓反饋。這個反饋對通常被稱為互補反饋對。R2的值決定著能否實現出色的線性度，這是因為它決定了晶體管Q1的I_C，也決定了其集電極的負載。

 

互補反饋對發射極跟隨器

 

材料

 

●     一個2.2 kΩ電阻

●     一個10 kΩ電阻

●     一個小信號NPN晶體管（Q1采用2N3904）

●     一個小信號PNP晶體管（Q2采用2N3906）

 

說明

 

麵包板連接如圖14和圖15所示。

 

圖14.互補反饋對發射極跟隨器。

 

硬件設置

 

波形發生器配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為2 V
，偏移為0。示波器輸入通道2設置為1 V/div。

 

圖15.互補反饋對發射極跟隨器麵包板電路。

 

程序步驟

 

配置示波器以捕獲所測量的兩個信號的多個周期。產生的波形如圖16所示。

 

圖16.互補反饋對發射極跟隨器波形。

 

 

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