POLITECHNIKA POZNAŃSKA KATEDRA STEROWANIA I INŻYNIERII SYSTEMÓW

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA KATEDRA STEROWANIA I INŻYNIERII SYSTEMÓW Pracownia Układów Elektronicznych i Przetwarzania ELEKTRONICZNE SYSTEMY POMIAROWE Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Badanie transoptora Laboratorium Elektronicznych Systemów Pomiarowych 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. W trakcie ćwiczenia wyznaczona zostanie charakterystyka statyczna i dynamiczna 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 - rys.2 W skład układu pomiarowego wchodzą: badany wirtualny transoptor MCT6, wirtualne multimetry cyfrowe - amperomierze, wirtualne sterowane źródło prądowe, wirtualne źródła zasilania i sterujące 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 (amperomierze) klikając podwójnie na każdy obiekt i 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). I wy ki = (1) I we 5. Powtórzyć polecenia z p.2, p.3 ip.4 dla napięć zasilania (źródło V2) równych 5V i 2V. kierując się wskazówkami prowadzącego. rys.2 Schemat ideowy układu symulacyjnego do wyznaczania charakterystyk statycznych transoptora 3

4 4. Wyznaczanie charakterystyki dynamicznej transoptora 4.1 Zestaw pomiarowy - rys.2 W skład układu pomiarowego wchodzą: badany wirtualny transoptor MCT6, wirtualny oscyloskop, wirtualne źródło zasilania DC, wirtualne źródło prądowe sygnału prostokątnego, wirtualne rezystory 1 Ω. 4.2 Przebieg ćwiczenia 1. Złożyć układ symulacyjny (rys.3) kierując się wskazówkami prowadzącego. 2. Uaktywnić oscyloskop i 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. 6. Literatura: 1. J. Pieńkos, J. Turczyński: Układy scalone TTL w systemach cyfrowych Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa W. Sasal: Układy scalone serii UCA64/UCY74. Parametry i zastosowania Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa