UKŁADY ELEKTRONICZNE Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Badanie transoptora

Transkrypt

1 UKŁADY ELEKTRONICZNE Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Badanie transoptora Laboratorium Układów Elektronicznych Poznań 2008

2 1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z jednym z podstawowych elementów optoelektronicznych transoptorem, spotykanym zarówno w obwodach układów cyfrowych, jak i analogowych. Zakres ćwiczenia obejmuje wyznaczenie charakterystyka statycznej i dynamicznej transoptora. 2. Wprowadzenie Transoptor jest półprzewodnikowym elementem optoelektronicznym zbudowanym z fotoemitera (nadajnika) i fotodetektora (odbiornika), które umieszczone są we wspólnej obudowie. Funkcję fotoemitera najczęściej pełni fotodioda pracująca w zakresie podczerwieni, natomiast jako detektor stosowane są różne elementy światłoczułe, w tym fotodioda, fototranzystor, fototyrystor, fotorezystor (rys. 1). Główne zastosowanie transoptorów (lub inaczej optoizolatorów) to galwaniczna separacja części obwodów elektronicznych, pracujących na diametralnie różnych potencjałach. Sprzężenie strony wtórnej z pierwotną realizowane jest na drodze optycznej. Transoptory wykorzystywane są powszechnie w technice pomiarowej, układach automatyki, a także w specjalizowanych urządzeniach, np. w aparaturze medycznej, do oddzielenia obwodu pacjenta od sieci elektrycznej. Transoptory można stosować do przenoszenia zarówno sygnałów cyfrowych, jak i analogowych. Najszersze pasmo przenoszenia sięgające kilkudziesięciu megaherców posiadają transoptory z fotodiodą jako detektorem, najwęższe (prawie stałoprądowe) transoptory z fotorezystorem. Wśród pozostałych parametrów transoptora wymienić należy: maksymalny (dopuszczalny) prąd diody nadawczej, maksymalny (dopuszczalny) prąd fotodetektora, maksymalne napięcie w obwodzie wejściowym i wyjściowym, przekładnia prądowa CTR (ang. Current Transfer Ratio), napięcie przebicia, rezystancja izolacji, zakres temperatury pracy. a) b) c) d) e) f) Rys.1 Realizacje transoptorów z różnymi typami fotodetektorów: a) z fotorezystorem, b) z fotodiodą, c) z fototyrystorem, d) z fototranzystorem, e) z fototranzystorem z wyprowadzoną bazą, f) w układzie Darlingtona 2

3 3. Wyznaczanie charakterystyki statycznej transoptora 3.1 Zestaw pomiarowy Wirtualny transoptor MCT6, Wirtualne multimetry cyfrowe, Wirtualne sterowane źródło prądowe, Wirtualne źródła zasilania DC, Wirtualny potencjometr. 3.2 Przebieg ćwiczenia 1. Uruchomić program MULTISIM i złożyć układ symulacyjny (rys.2) kierując się wskazówkami prowadzącego 2. Uaktywnić multimetry XMM1 oraz XMM2. Uruchomić symulację. 3. Potencjometrem R 1 ustalić prąd mierzony przez multimetr XMM1 na wartość 0 ma naciskając przycisk Shift A aż do uzyskania wartości 0 %. Naciskając przycisk A zmieniać skokowo położenie suwaka potencjometru R 1 w całym zakresie jego rezystancji. Dla każdej pozycji suwaka potencjometru odczytać wartość prądu wejściowego I we (multimetr XMM1) oraz prądu wyjściowego I wy (multimetr XMM2). 4. Określić wartości wzmocnień prądowych badanego transoptora dla małej, średniej i dużej wartości zmierzonych prądów zgodnie ze wzorem (1). k i I wy = (1) I 5. Powtórzyć polecenia z p.2, p.3 ip.4 dla napięć zasilania (źródło V2) równych 5V i 2V. kierując się wskazówkami prowadzącego. we rys.2 Schemat ideowy układu symulacyjnego do wyznaczania charakterystyk statycznych transoptora 3

4 4. Wyznaczanie charakterystyki dynamicznej transoptora 4.1 Zestaw pomiarowy Wirtualny transoptor MCT6, Wirtualne źródło zasilania DC, Wirtualne źródło prądowe sygnału prostokątnego, Wirtualne rezystory 1 Ω. Wirtualny oscyloskop. 4.2 Przebieg ćwiczenia 1. Złożyć układ symulacyjny (rys.3) kierując się wskazówkami prowadzącego. 2. Uaktywnić oscyloskop. Uruchomić symulację. 3. Obserwować przebiegi prądów wejściowego i wyjściowego na oscyloskopie stosując nastawy zgodnie ze wskazówkami prowadzącego. 4. Powtórzyć polecenie z p.3 dla różnych wartości i nachylenia zboczy prądu wejściowego kierując się wskazówkami prowadzącego. rys. 3 Schemat ideowy układu symulacyjnego do wyznaczania charakterystyk dynamicznych transoptora 4

5 5. Sprawozdanie W sprawozdaniu należy zamieścić: tabele wyników pomiarowych, wykresy mierzonych zależności, interpretacje uzyskanych wyników i wnioski. Literatura M. Nadachowski, Z. Kulka: Analogowe Układy Scalone, WKiŁ, W-wa, 1980 P. Horowitz, W. Hill: Sztuka Elektroniki, tom 1, WKiŁ, W-wa, 1995 P. Górecki: Wzmacniacze operacyjne, WNT, 2002 U.Tietze, Ch.Schenk: Układy półprzewodnikowe, WNT