二极管应用电路设计

1、二极管应用电路设计李金嵘(1091840201)邵奇(1090410508)一、实验目的掌握实验的基本操作以及元件连接的方法；加深对二极管的基本性质的了解；熟悉基准稳压源的使用。二、实验原理1.光电对管光电对管由红外发光二极管和红外接收二极管组成。发光二极管通常用砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等化合物制成，符号图如图1所示。当发光二极管外加正向电压，使得正向电流足够大时才发光。正向电流越大，发光越强。而且构成发光二极管的材料不同，发出的光的波长也不同。本实验用的红外发光二极管的管压降约为1.4V,工作电流一般小于20mA。光电二极管与发光二极管性质相反，其符号如图2所示。在无光照的情况下，光电二极管

2、具有单向导电性。当光电二极管外加正向电压时,其伏安特性与普通二极管相同,即电流与电压成指数关系；而当光电二极管外加反向电压时,其反向电流(称为暗电流)与照度成正比,其特性曲线是一组近似平行于横轴的直线。将红外发光二极管与红外接收管放置在一起就组成光电对管。红外发光管发出红外光,红外接收管接收到红外光时,其输出电平和电流发生变化。光电对管图m光电对管实用电路的实用电路如图3所示。图发光二极管的符号CM图2光电二极管的符号本次有关光电对管的实验分为两部分,一是利用RPR220型光电对管连接电路，分别用黑纸和白纸遮住其通光窗口，可观察红外接收管两端电压值的变化；二是利用红外发光二极管和红外接收管自己

3、组装一个简易的光电对管，并观察遮光前后的电压变化。2.基准稳压源二极管稳压二极管是利用二极管外加反向电压增大到反向击穿电压附近时的击穿曲线陡直的特性，将反向电流控制在一定的范围内，使电压达到稳定。基准稳压管又称稳压源，是指击穿电压十分稳定，电压温度系数经过补偿了的稳压二级管。基准源有很多种类，本次实验使用的是LM336和TL431型稳压源。基准稳压源LM336稳定电压为2.5V,动态电阻仅为0.2。图3为LM336的管脚结构构，从左至右依次为微调段（ADJ）、正端、负端。图4是LM336的一种典型电路。其中r起限流作用，保证基准稳压源工作在稳定工作电流范围内（5110mA）。电容C是用来滤掉输

4、入端的交流成分。当LM336稳压源正负端反接连入电路中时，改变v的值，正负端之间的电压可以稳定在2.5V左右，此时可以CC调整电位器r使输出u稳定在2.5V。2o基准稳压源LM336的典型电路基准稳压源TL431是另一种常用稳压源。它的管脚结构与LM336类似，如图5所示，管脚1、2、3分别对应阴极、阳极、参考端。TL431内部含有一个2.5V的基准电压，当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽的范围的分流，控制输出电压。图6是TL431的一个典型应用电路，R起到限定电RR2Uref丿0路电流的作用，U可视作稳定在2.5V，则电路的输出值Urefo当R和R的比值发生变化时便可得

5、到一个稳定的输出电压。虽然由公式看输出12电压可以有一个很大的范围，实际上，由于TL431的工作电流以及反馈作用的限制，输出端电压可以稳定在2.536V。三、实验过程及实验结果光电对管（1）RPR220型光电对管按照图3连接电路后，分别用黑色物体和白纸遮挡住通光口后测u的值，o但结果并未看到较大的电压变化。在确定电路连接正确的情况下，我们换了另外一个光电对管，结果仍是没有较大的电压变化。在指导老师的帮助下，我们将10kQ的电阻换为510kQ才出现较大的电压变化：黑色物体遮挡时u=4.23V，o白纸遮挡时u=90.4mV。o（2）自制光电对管按图3连接电路，用红外发光管和红外接收管组合成光电对管

6、，经测量，有无遮挡时u有明显变化：有遮挡时U=4.93V，无遮挡时U=145.3mV。ooo基准稳压源（1）LM336按照图5连接电路（由于使用直流稳压电源，不加电容）为使稳压源LM336达到工作状态，选择输入电压为10V，限流电阻R=2kQ，第一次测量时U=4.90V，调节电位计可以使U缓慢变化，而且当电位计处于某一位置时，oo可以使u=5.00v，并且在10V附近调整输入电压时，输出电压u的变化量很oo小。说明LM336的微调端可以对基准电压进行微调。（2）TL4312ref进行验按照图7连接电路，取两组不同的R、R对公式U12o证，结果如下：RRUU（理论值）U（测量值）12续的输出电压变化。在实验中，在输入电压为10V附近调节电位器得到了2.713.55V的电压。四、实验结果分析在光电对管的实验中，当接收管不接受红外光时，相当于断路，输出电压uo接近于5V。在接收管接受到红外光后，会产生一个反向电流，在与之相连的电阻上便会产生压降，从而使输出的电压降低。在RPR220光电对管的实验中，与红外接收管相连的电阻阻值与书中所给的有很大的偏差，可能原因是红外接收管因光照而产生的电流非常微弱，导致电阻上压降很小，使得u的变化不明显。o在TL431的实验中，可以看出当输入电压u未达到临界值时，稳压源未进入i工作状态，电压随U的增大有较大幅度的增加，只有当电压在一定范围内时