Исследование оптронов
Работа добавлена: 2016-05-29





(государственный технический университет)

Лабораторная работа

«Исследование оптронов»

Утверждено кафедрой 408 как учебно-методическое руководство

Москва

Оптоэлектронная пара. Оптопарой называется прибор, содержащий светоизлучатель и фотоприёмник, 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 фотоприёмнике это оптическое излучение преобразуется в выходной электрический сигнал. Световой поток от светоизлучателя к фотоприёмнику распространяется сквозь оптическую среду. Очевидно, что спектральные характеристики светоизлучателя, оптической среды и фотоприёмника должны совпадать или в значительной степени перекрываться.

В качестве излучателя в большинстве оптопар используется инжекционный светодиод, обладающий хорошими спектральными и надёжностными характеристиками, однако в быстродействующих оптопарах с временем включения до 10-10 с применяется полупроводниковый лазер. В качестве фотоприёмников в оптопарах используются фотодиоды, фоторезисторы, фототранзисторы и фототиристоры. Тип оптопары определяется по типу фотоприёмника. Передача информации возможна только в направлении от излучателя к приёмнику. Высокая степень гальванической развязки входной и выходной цепей достигается за счёт диэлектрических свойств оптической среды.

На практике основные свойства оптопары определяются передаточной характеристикой и быстродействием. На рисунке 1 приведены передаточные характеристики диодного, транзисторного и тиристорного оптронов как зависимостьIвых =f(Iвх) и резисторного оптрона как зависимостьR =f(Iвх).

Рисунок. 1.

Быстродействие оптронов оценивается по длительности фронтов выходного сигнала при подаче на вход импульса прямоугольной формы в соответствии с рис. 2.

Рисунок.2.

Описание лабораторной 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.

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«Осц.» обеспечивается подключение осциллографа к входной цепи оптрона. Кнопочный переключатель с обозначениями«Диод»,«Резист.» 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«Uвых1» и«Uвых2» 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 фотоприёмника ФП в схему эксперимента подключается обратносмещённый фотодиод.

4. Установите в выходной цепи оптронаUвых2 = 15 В. Регулятором напряженияUвых1 установите максимальное входное напряжение оптрона (Uвых1макс) и определите максимальное значениеIвых диод макс. Установите регулятор источника питания«Uвых1» в положение минимального напряжения (против часовой стрелки до упора). Изменяя регулятор источника питания«Uвых1» изменяйте величину входного тока оптрона с шагом 0.1Iвых диод макс 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 оптронаКI =Iвых/Iвых, результаты занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

Iвх

Iвых диод

КI

5. По окончании измерений регуляторы«Uвых1» и«Uвых2» установите в положение минимального напряжения.

6. Подключите к измерительной схеме резисторный оптрон, нажав на стенде кнопку«Резист.». При этом в качестве фотоприёмника ФП в схему эксперимента подключается фоторезистор.

7. Установите в выходной цепиUвых2 = 10 В. Регулятором напряженияUвых1 установите максимальное входное напряжение оптрона (Uвых1макс) и определите максимальное значениеIвых резист макс. Установите регулятор источника питания«Uвых1» в положение минимального напряжения (против часовой стрелки до упора). Изменяя регулятор источника питания«Uвых1» изменяйте величину входного тока оптрона с шагом 0.1Iвых резист макс 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 оптронаR =Uвых2/Iвых, результаты занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

Iвх

Iвых резист.

R

8. По окончании измерений регуляторы«Uвых1» и«Uвых2» установите в положение минимального напряжения.

9. Подключите к измерительной схеме тиристорный оптрон, нажав на стенде кнопку«Тирист». При этом в качестве фотоприёмника ФП в схему эксперимента подключается фототиристор.

10. Установите в выходной цепиUвых2= 10 В.

11. Регулятором«Uвых1» 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 измерьтеIвх вкл.. Результаты измерений занесите в таблицу 3.

Для выключения тиристора нужно установитьIвх= 0 и нажать кнопку«Тирист. выкл.».

Таблица3.

Iвх

Iвых тирист.

14. По окончании измерений регуляторы«Uвых1» и«Uвых2» установите в положение минимального напряжения.

15. В одной системе координат по данным таблицы постройте графики следующих зависимостей:

а) для диодного оптронаIвых =f(Iвх) иКI =f (Iвх);

б) для резисторного оптронаR =f(Iвх);

в) для тиристорного оптронаIвых =f(Iвх), отметив значениеIвх вкл..

16. На стенде нажмите кнопку«Параметры». Включите питание генератора импульсов и осциллографа. Инерционность оптронов оценивается по измеренным значениям времени включенияtвкл. и времени выключенияtвыкл.. Подключение к измерительной схеме диодного или резисторного оптронов осуществляется нажатием кнопок«Диод» или«Резистор» на стенде. Амплитуда выходного сигнала генератора импульсовUген. должна быть достаточной для создания номинального тока светодиода во входной цепи диодного оптрона или для запуска формирователя сигналаUф для резисторного оптрона (пределыUген. = (2…6) В). Длительность импульса с выхода генератора устанавливают исходя из ожидаемой величиныtвкл. иtвыкл. диодного оптрона (пределыτи = (40…80) мкс). Время задержки импульса от начала развёртки на осциллографеτз= 0,1τи. Частота повторения импульса выбирается из величины ожидаемой инерционности оптрона (для диодногоFи= (1…5) кГц, для резисторногоFи = (10…30) Гц). Нажатием на стенде кнопки«Осц.» осциллограф подключают к светодиоду оптрона, что позволяет оценить форму входного сигнала. Подбирая оптимальные значения постоянного напряженияUвых1иUвых2, получите на экране осциллографа выходные импульсы, форма которых позволяет измеритьtвкл. иtвыкл..

17. Зарисуйте осциллограммы входных и выходных сигналов диодного и резисторного оптронов. По осциллограммам графически измерьте инерционность оптронов (tвкл. иtвыкл.).

ОТЧЕТ

по лабораторной работе                                    студент:

 группа:

     дата:

тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТРОНОВ

часть 1. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТРОНОВ

  1. Схема эксперимента.

  1. Параметры диодного оптрона.

Iвх

Iвых диод

КI

  1. Параметры резисторного оптрона.

Iвх

Iвых резист.

R

  1. Параметры тиристорного оптрона.

Iвх

Iвых тирист.

  1. Статические характеристики диодного, резисторного и тиристорного оптронов.

часть 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТРОНОВ

  1. Схема эксперимента.

  1. Инерционность диодного оптрона.

tвкл =

      tвыкл =

  1. Инерционность резисторного оптрона.

tвкл =

      tвыкл =




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Исследование фильтрационного потока от нагнетательной скважины к эксплуатационной и исследование нерадиального установившегося движения жидкости и газов к одной скважине

2. Исследование выпрямителя

3. Социологическое исследование

4. Исследование ТКС резисторов

5. Исследование ТКЕ конденсаторов

6. Исследование сельсинов

7. Исследование RL и RC-цепей

8. Ультразвуковое исследование

9. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА

10. Исследование внутреннего фотоэффекта