Исследование оптронов

Оптоэлект онная па а. Оптопарой называется прибор, содержащий светоизлучатель и фотоприемник, связанные через оптическую среду, но развязанные гальванически. Принцип действия оптопары основан на двойном преобразовании энергии. В светоизлучателе энергия входного электрического сигнала преобразуется в оптическое излучение, а в фотоприемнике это оптическое излучение преобразуется в выходной электрический сигнал. Световой поток от светоизлучателя к фотоприемнику распространяется сквозь оптическую среду.

Очевидно, что спектральные характеристики светоизлучателя, оптической среды и фотоприемника должны совпадать или в значительной степени перекрываться. В качестве излучателя в большинстве оптопар используется инжекционный светодиод, обладающий хорошими спектральными и наде>кност- ными характеристиками, однако в быстродействующих оптопарах с временем включения до 10 с применяется полупроводниковый лазер. В ка- честве фотоприемников в оптопарах используются фотодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы и фототиристоры.

Тип оптопары определяется по типу фотоприемника. Передача информации возможна только в направлении от излучателя к приемнику. Высокая степень гальванической развязки входной и выходной цепей достигается за счет диэлектрических свойств оптической средъь На практике основные свойства оптопары определяются передаточной характеристикой и быстродействием.

На рисунке 1 приведены передаточные характеристики диодного, транзисторного и тиристорного антропов как зависимость 1,, =Я1 Д и резисторного оптрона как зависимость Я =РА4. Рисунок. 1. Быстродействие оптронов оценивается по длительности фронтов выходного сигнала при подаче на вход импульса прямоугольной формы в соответствии с рисунком 2. 1вк ьо О.9 Рисунок. 2.

Описание лабо ато ной обстановки. Схема лабораторной установки для исследования статических передаточных характеристик оптронов приведена на рисунке 3, установки для исследования инерционности диодного и резисторного оптронов — на рисунке 4. Рисунок. 3. ЬИСВ. ! ! ! ! ! ! в к ! ! ! ! ! ! ! стенд, 1 1 1 1 1 ! ! 1 1 1 1 1 1 стенд Рисунок.

4. На верхней панели стенда расположены два миллиамперметра для измерения входных и выходных токов оптронов в режиме исследования характеристик. Переключателем «Род работы» устанавливается режим снятия передаточных характеристик (положение «Характеристики») или режим исследования инерционности оптронов (положение «Параметры»). Нажатием кнопки «Оси,.» обеспечивается подключение осциллографа к входной цепи оптрона. Кнопочный переключатель с обозначениями <СДиод», «Рвзист.» и «Тирист» обеспечивает коммутацию диодного, резистивного или тиратронного оптронов с измерительными элементами схемы стенда.

Кнопка «Тирист.выкл.» служит для выключения тиристора. Лабораторная установка позволяет исследовать: статистическую передаточную характеристику диодного оптрона; статистическую передаточную характеристику резисторного оптрона; статистическую передаточную характеристику тиристорного оптрона; время включения и выключения диодного оптрона; время включения и выключения резисторного оптрона.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Изучите расположение и назначение измерительных приборов и органов управления на стенде и приборов лабораторной установки. Установите регуляторы источника питания <Ж,„,->» и «Г,„„.~» в положение минимального напряжения (против часовой стрелки до упора) и включите источник питания. 2. На стенде нажмите кнопку «Характеристики». 3. Подключите к измерительной схеме диодный оптрон, нажав на стенде кнопку «Диод».

При этом в качестве фотоприемника ФП в схему эксперимента подключается обратносмещенный фотодиод. 4. Установите в выходной цепи оптрона С,,-> = 15 В. Регулятором напряжения ЕУ„„„-> установите максимальное входное напряжение оптрона (С,„,.>„„„,) и определите максимальное значение Т, . ~, д„„„,. Установите регулятор источника питания «ЕУ, .>» в положение минимального напряжения (против часовой стрелки до упора).

Изменяя регулятор источника питания «Г,„„.>» изменяйте величину входного тока оптрона с шагом 0,1 1 > „, и фиксируйте величину выходного тока оптрона 1не менее 10 значений). Результаты измерений занесите в таблицу. По результатам измерений рассчитайте статический коэффициент передачи по току диодного оптрона К< = 1, ~1 ...

результаты занесите в таблицу 1. Таблица 1. 5. По окончании измерений регуляторы <Ю, .>» и «27„.~» установите в положение минимального напряжения. б. Подключите к измерительной схеме резисторный оптрон, нажав на стенде кнопку «Резист.».

При этом в качестве фотоприемника ФП в схему эксперимента подключается фоторезистор. 7. Установите в выходной цепи С, -д = 10 В. Регулятором напряжения Г, -~ установите максимальное входное напряжение оптрона (1У „.,~ „„) и определите максимальное значение 1„„„„,„,„. Установите регулятор источника питания «Г,„,-~» в положение минимального напряжения (против часовой стрелки до упора). Изменяя регулятор источника питания «С, ч» изменяйте величину входного тока оптрона с шагом 0.1 У,„„.„„„„ „„„., и фиксируйте величину выходного тока оптрона (не менее 10 значений). Результаты измерений занесите в таблицу.

По результатам измерений рассчитайте статический коэффициент передачи по току диодного оптрона Я = ~1,,г/1,-, результаты занесите в таблицу 2. Таблица 2. 8. По окончании измерений регуляторы «С, ч» и «17, .г» установите в положение минимального напряжения. 9. Подключите к измерительной схеме тиристорный оптрон, нажав на стенде кнопку «Тирпспо>. При этом в качестве фотоприемника ФП в схему эксперименга подключается фототирисгор.

10. Установите в выходной цепи С,.~ = 10 В. 11. Регулятором «Г,„„.р~ на источнике постоянного напряжения изменяйте входное напряжение оптрона. По показаниям приборов на стенде фиксируйте входной и выходной токи оптрона ~не менее 10 значений). Зафиксируйте момент включения тиристорного оптрона и измерьте Х . „.. Результаты измерений занесите в таблицу 3. Для выключения тиристора нужно установить У„,- = О и нажать кнопку «Тириспа выкл.». Таблица 3. 14. По окончании измерений регуляторы «Ж,„„»> и «Г „2» установи- те в положение минимального напряжения.

15. В одной системе координат по данным таблицы постройте гра- фики следующих зависимостей: а) для диодного оптрона!,„„.=Я! ~ и Кг=~(! ); б) для резисторного оптрона й =Щ ~; в) для тиристорного оптрона ! „. = Я ~, отметив значение ! - -,. 16. На стенде нажмите кнопку «Па!>амепуы». Включите питание генератора импульсов и осциллографа. Инерционность оптронов оценивается по измеренным значениям времени включения 1,„., и времени выключения ~,„,.

Подключение к измерительной схеме диодного или резисторного оптронов осуществляется нажатием кнопок «Диод» или «Резисто!>» на стенде. Амплитуда выходного сигнала генератора импульсов С„„должна быть достаточной для создания номинального тока светодиода во входной цепи диодного оптрона или для запуска формирователя сигнала С ~ для резисторного оптрона (пределы У>", „= (2...6) В). Длительность импульса с выхода генератора устанавливают исходя из ожидаемой величины г .

и диодного оптрона (пределы т„= (40...80) мкс). Время задержки импульса от начала развертки на осциллографе т, = 0,1 т„. Частота повторения импульса выбирается из величины ожидаемой инерционности оптрона (для диодного Е„= (1 ...5) кГц, для резисторного Е„= (10...30) кГц). Нажатием на стенде кнопки «Оец.» осциллограф подключают к светодиоду оптрона, что позволяет оценить форму входного сигнала.

Подбирая опти- мальные значения постоянного напряжения С,„,.~ и Г,,г, получите на экране осциллографа выходные импульсы, форма которых позволяет измерить |,, иг,„,. 17. Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов диод- ного и резисторного оптронов. По осциллограммам графически измерьте инерционность оптронов ~Г,- и Г в; ). .