Оптроны

Оптрон состоит из светоизлучателя (светодиода) и приёмника излучения (светочувствительного детектора, фотодиода, фоторезистора или фототиристора), связанных оптической средой и конструктивно объединённых в одном корпусе.

Диодные оптроны используются, как правило, для гальванической развязки отдельных входов в комплексных системах автоматики.

Оптроны характеризуются четырьмя группами параметров.

1. Входные параметры: входное напряжение U_вх – прямое на входе оптрона при заданном прямом токе; максимальное допустимое обратное входное напряжение U_{вх.обр.мах}, которое допускается подавать на вход оптрона; номинальный входной ток I_вх.н; максимально допустимый входной ток I_вх.max – постоянный, прямой, который разрешается пропускать через вход оптрона.

2. Выходные параметры: максимально допустимое обратное входное напряжение U_{вх.обр.mах}, которое разрешается прикладывать к выходу оптрона; максимально допустимый выходной ток I_вых.max, который разрешается пропускать через фотоприемник при включенном оптроне; световое сопротивление R_c – сопротивление фоторезистора при заданном токе на входе оптрона, темновое сопротивление R_т – сопротивление фоторезистора при входном токе, равном нулю; остаточное напряжение U_ост – прямое на выходе оптрона в открытом состоянии; выходная ёмкость C_вых.

3. Передаточные параметры: статический коэффициент передачи тока K_i – отношение токов на выходе и входе оптрона; ёмкость связи C_c между входом и выходом оптрона.

4. Параметры гальванической развязки: максимально допустимое пиковое напряжение между выходами входа и выхода U_{раз.п.max}; максимально допустимое напряжение между выводами входа и выхода U_раз.max; сопротивление гальванической развязки R_раз между выводами входа и выхода оптрона.

Условные обозначения некоторых оптронов приведены на рис.49.

Рис.49. Условные обозначения оптронов

Порядок выполнения работы

1. Исследование выпрямительного диода.

1.1. Снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) выпрямительного диода, включённого в прямом направлении.

1.1.1. Собрать схему согласно рис.50.

Рис.50. Схема включения выпрямительного диода в прямом направлении

1.1.2. Установить для амперметра А₁ предел 20 мА, а для вольтметра V₁ – 1 В. Перевести ручку регулятора напряжения источника в крайнее левое положение. После проверки преподавателем схемы, включить источник питания. Вывести на экран компьютера сигналы амперметра А₁ и вольтметра V₁.

1.1.3. Снять вольтамперную характеристику. Для этого с помощью регулятора напряжения источника задавать значения тока I_пр через диод (амперметр А₁) и записывать значения соответствующего напряжения U_пр (вольтметр V₁). Результаты занести в табл.15.

Таблица 15

Iпр, мА	0	0,1	0,2	0,5	0,7	1	2	4	6	8	10	12	14	20
Uпр, В

По окончании опыта уменьшить напряжение на диоде до 0 и отключить источник.

1.2. Снятие вольтамперных характеристик выпрямительного диода, включённого в обратном направлении.

1.2.1. Собрать схему согласно рис.51.

Рис.51. Схема включения выпрямительного диода в обратном направлении

В качестве амперметра использовать мультиметр MY60, минусовой провод подключить к клемме «com», а плюсовой к «А», предел измерений установить «20 А».

1.2.2. Установить для вольтметра V₀ предел 5В. В процессе работы изменить на 20 В. После проверки преподавателем схемы, включить источник и мультиметр.

1.2.3. Снятие вольтамперной характеристики. С помощью регулятора напряжения источника задавать значения напряжения U_обр (вольтметр V₀) согласно табл.16 и записывать значения соответствующего тока I_обр. Результаты занести в табл.16.

Таблица 16

Uобр, В	0	0,1	0,5	1	2	4	6	8	10	12	14	15
Iобр, мА

По окончании опыта уменьшить напряжение на диоде до 0 и отключить источник U₃.

1.2.4. По ВАХ выпрямительного диода определить статическое сопротивление в 3-4 точках прямой и обратной ветвей характеристики и динамическое сопротивление на линейном участке прямой и обратной ветвей характеристики.

2. Исследование кремниевого стабилитрона.

2.1. Собрать схему согласно рис.52.

Рис.52. Схема включения кремниевого стабилитрона

2.2. Установить для вольтметров предел 20 В, для амперметра 20мА. После проверки преподавателем схемы, включить источник.

Снять вольтамперную характеристику стабилитрона, изменяя напряжение источника согласно табл.17.

Таблица17

U3, В	0	3	5	7	10	11	12	13	14
Uст, В
Iст, мА

По окончании опыта, уменьшить напряжение на диоде до 0 и отключить источник U₃.

2.3. По ВАХ кремниевого стабилитрона определить:

- напряжение пробоя стабилитрона,

- максимальный и минимальный токи, при которых обеспечивается стабилизация напряжения,

- динамическое сопротивление на участке стабилизации.

3. Исследование оптоэлектронной пары.

3.1. Собрать схему согласно рис.53. В качестве оптоэлектронной пары использовать лампу накаливания и полупроводниковый фоторезистор. Собирая схему, следует обеспечить расположение окошек элементов оптоэлектронной пары непосредственно напротив друг друга. В качестве омметра использовать мультиметр MY60, подключив минусовой провод к клемме «com», а плюсовой – «U, », предел измерений установить «2кОм».

Рис.53. Схема включения оптоэлектронной пары

3.2. Установить предел измерения вольтметра V₁ в 20 В. Перевести ручку регулятора напряжения источника в крайнее левое положение. После проверки преподавателем схемы, включить источник.

3.3. Снять параметры сопротивления фоторезистора в зависимости от освещенности (напряжения на лампе накаливания). Для этого, меняя напряжение на лампе накаливания (и освещенность), измерить сопротивление фоторезистора R_ф. Значение сопротивления больше 2кОм (мультиметр показывает «1») условно считать равными .

Результаты измерений и вычислений записать в табл. 18.

Таблица 18

U3, В	3	4	5	6	7	8	9	10
Rф, Ом

4. Исследование светодиода.

4.1. Собрать схему по рис.52, используя в качестве диода VD1 светодиод.

4.2. Аналогично п.1 снять ВАХ светодиода, включённого в прямом направлении. В процессе снятия характеристики визуально убедиться в зависимости количества излучаемого света от тока светодиода. Результаты внести в табл.19.

Таблица 19

Iпр, мА	0	0,1	0,2	0,5	0,7	1	2	4	6	8	10	12	14	20
Uпр, В

5. Для каждого из опытов в формате Excel построить графики зависимостей, согласно таблицам 17-19.