二極管應用電路設計

1、二極管應用電路設計李金嶸(1091840201)邵奇(1090410508)一、實驗目的掌握實驗的基本操作以及元件連接的方法；加深對二極管的基本性質的了解；熟悉基準穩(wěn)壓源的使用。二、實驗原理1.光電對管光電對管由紅外發(fā)光二極管和紅外接收二極管組成。發(fā)光二極管通常用砷化鎵、磷化鎵、磷砷化鎵等化合物制成，符號圖如圖1所示。當發(fā)光二極管外加正向電壓，使得正向電流足夠大時才發(fā)光。正向電流越大，發(fā)光越強。而且構成發(fā)光二極管的材料不同，發(fā)出的光的波長也不同。本實驗用的紅外發(fā)光二極管的管壓降約為1.4V,工作電流一般小于20mA。光電二極管與發(fā)光二極管性質相反，其符號如圖2所示。在無光照的情況下，光電二極管

2、具有單向導電性。當光電二極管外加正向電壓時,其伏安特性與普通二極管相同,即電流與電壓成指數關系；而當光電二極管外加反向電壓時,其反向電流(稱為暗電流)與照度成正比,其特性曲線是一組近似平行于橫軸的直線。將紅外發(fā)光二極管與紅外接收管放置在一起就組成光電對管。紅外發(fā)光管發(fā)出紅外光,紅外接收管接收到紅外光時,其輸出電平和電流發(fā)生變化。光電對管圖m光電對管實用電路的實用電路如圖3所示。圖發(fā)光二極管的符號CM圖2光電二極管的符號本次有關光電對管的實驗分為兩部分,一是利用RPR220型光電對管連接電路，分別用黑紙和白紙遮住其通光窗口，可觀察紅外接收管兩端電壓值的變化；二是利用紅外發(fā)光二極管和紅外接收管自己

3、組裝一個簡易的光電對管，并觀察遮光前后的電壓變化。2.基準穩(wěn)壓源二極管穩(wěn)壓二極管是利用二極管外加反向電壓增大到反向擊穿電壓附近時的擊穿曲線陡直的特性，將反向電流控制在一定的范圍內，使電壓達到穩(wěn)定?；鶞史€(wěn)壓管又稱穩(wěn)壓源，是指擊穿電壓十分穩(wěn)定，電壓溫度系數經過補償了的穩(wěn)壓二級管。基準源有很多種類，本次實驗使用的是LM336和TL431型穩(wěn)壓源?；鶞史€(wěn)壓源LM336穩(wěn)定電壓為2.5V,動態(tài)電阻僅為0.2。圖3為LM336的管腳結構構，從左至右依次為微調段（ADJ）、正端、負端。圖4是LM336的一種典型電路。其中r起限流作用，保證基準穩(wěn)壓源工作在穩(wěn)定工作電流范圍內（5110mA）。電容C是用來濾掉輸

4、入端的交流成分。當LM336穩(wěn)壓源正負端反接連入電路中時，改變v的值，正負端之間的電壓可以穩(wěn)定在2.5V左右，此時可以CC調整電位器r使輸出u穩(wěn)定在2.5V。2o基準穩(wěn)壓源LM336的典型電路基準穩(wěn)壓源TL431是另一種常用穩(wěn)壓源。它的管腳結構與LM336類似，如圖5所示，管腳1、2、3分別對應陰極、陽極、參考端。TL431內部含有一個2.5V的基準電壓，當在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬的范圍的分流，控制輸出電壓。圖6是TL431的一個典型應用電路，R起到限定電RR2Uref丿0路電流的作用，U可視作穩(wěn)定在2.5V，則電路的輸出值Urefo當R和R的比值發(fā)生變化時便可得

5、到一個穩(wěn)定的輸出電壓。雖然由公式看輸出12電壓可以有一個很大的范圍，實際上，由于TL431的工作電流以及反饋作用的限制，輸出端電壓可以穩(wěn)定在2.536V。三、實驗過程及實驗結果光電對管（1）RPR220型光電對管按照圖3連接電路后，分別用黑色物體和白紙遮擋住通光口后測u的值，o但結果并未看到較大的電壓變化。在確定電路連接正確的情況下，我們換了另外一個光電對管，結果仍是沒有較大的電壓變化。在指導老師的幫助下，我們將10kQ的電阻換為510kQ才出現較大的電壓變化：黑色物體遮擋時u=4.23V，o白紙遮擋時u=90.4mV。o（2）自制光電對管按圖3連接電路，用紅外發(fā)光管和紅外接收管組合成光電對管

6、，經測量，有無遮擋時u有明顯變化：有遮擋時U=4.93V，無遮擋時U=145.3mV。ooo基準穩(wěn)壓源（1）LM336按照圖5連接電路（由于使用直流穩(wěn)壓電源，不加電容）為使穩(wěn)壓源LM336達到工作狀態(tài)，選擇輸入電壓為10V，限流電阻R=2kQ，第一次測量時U=4.90V，調節(jié)電位計可以使U緩慢變化，而且當電位計處于某一位置時，oo可以使u=5.00v，并且在10V附近調整輸入電壓時，輸出電壓u的變化量很oo小。說明LM336的微調端可以對基準電壓進行微調。（2）TL4312ref進行驗按照圖7連接電路，取兩組不同的R、R對公式U12o證，結果如下：RRUU（理論值）U（測量值）12續(xù)的輸出電壓變化。在實驗中，在輸入電壓為10V附近調節(jié)電位器得到了2.713.55V的電壓。四、實驗結果分析在光電對管的實驗中，當接收管不接受紅外光時，相當于斷路，輸出電壓uo接近于5V。在接收管接受到紅外光后，會產生一個反向電流，在與之相連的電阻上便會產生壓降，從而使輸出的電壓降低。在RPR220光電對管的實驗中，與紅外接收管相連的電阻阻值與書中所給的有很大的偏差，可能原因是紅外接收管因光照而產生的電流非常微弱，導致電阻上壓降很小，使得u的變化不明顯。o在TL431的實驗中，可以看出當輸入電壓u未達到臨界值時，穩(wěn)壓源未進入i工作狀態(tài)，電壓隨U的增大有較大幅度的增加，只有當電壓在一定范圍內時