Курсовая оптопары. ВИНИЧЕНОЧКА КУРСАЧ КАПРАЛОВА. Задание Описание лабораторной установки

• Название: Задание Описание лабораторной установки
• Анкор: Курсовая оптопары
• Дата: 20.05.2020
• Размер: 167.77 Kb.
• Имя файла: ВИНИЧЕНОЧКА КУРСАЧ КАПРАЛОВА.docx
• Тип: Документы; #124148

Оглавление

Задание……………………………………………………………………………………….3

Описание лабораторной установки………..……………………………………………….4

Описание оптопары…………………………………………………………………………5

Классификация………………………………………………………………………………6

Свойства и характеристики………………………………………………..……….7

Примеры применения……………………………………………………………………….9

Достоинства и недостатки…………………………………………………………………10

Ход работы…………………………………………………………………………………11

Вывод……………………………………………………………………………………….13

Список литературы………………………………………………………………………...14

Задание.

1.Для выбора подходящих друг другу излучателя света и фотоприемника выполнить сравнение исходных устройств, их характеристик и свойств, собрать электронный прибор-оптопару;

2.Описать классификацию оптопар;

3.Описать свойства и характеристики оптопар;

4.Провести лабораторный опыт с оптопарой.

Выдано:_____________________________________________________Виниченко С.Н.

Получено:____________________________________________________Капралова О.А.

Теоретическое введение

Описание лабораторной установки:

Для выполнения курсовой работы был собран электронный прибор-оптопара.

Оптопара состоит из:

1. 
   Фототранзистора BPW85B
   
2. 
   Светодиодов GNL-3012HD
   
3. 
   Резисторов CF-50
   

Рис.1. Электронный прибор-оптопара


Для работы с оптопарой мы ознакомились с принципом действия установки, свойствами и характеристиками ее составляющих.

Описание оптопары

Оптопара-это всего 2 элемента, как правило, в одном корпусе. В большинстве случаев это светодиод и фототранзистор. Светодиод светит, а фототранзистор воспринимает это свечение и, в зависимости от его интенсивности, открывает переход коллектор-эмиттер.



Рис.2.Схема оптопары.

Наиболее точное определение оптопары: оптопара – это такие оптоэлектронные приборы, в которых имеются источник и приемник излучения (светоизлучатель и фотоприемник) с тем или иным видом оптической и электрической связи между ними, конструктивно связанные друг с другом.

Оптопары используются для гальванической развязки цепей –передачи сигнала без передачи напряжения, для бесконтактного управления и защиты. Его главными функциональными частями выступают источник света и фотоприемник, гальванически не связанные друг с другом, но расположенные внутри общего герметичного корпуса. Принцип действия базируется на том, что подаваемый на него электрический сигнал вызывает свечение на передающей стороне, и уже в форме света сигнал принимается фотоприемником, инициируя электрический сигнал на приемной стороне. То есть сигнал передается и принимается посредством оптической связи внутри электронного компонента.

Классификация

1.По степени интеграции:

а) оптопары, состоящие из двух и более элементов (в т. ч. собранные в одном корпусе)

б) оптоэлектронные интегральные схемы, содержащие одну или несколько оптопар (с дополнительными компонентами, например, усилителями, или без них).

2.По типу оптического канала:

а) с открытым оптическим каналом

б) с закрытым оптическим каналом

3. По типу фотоприёмника:

а) с фоторезистором (резисторные оптопары)

б) с фотодиодом

в) с биполярным (обычным или составным) фототранзистором

г) с фотогальваническим генератором (солнечной батарейкой)

д) с фототиристором или фотосимистором

4. По типу источников света

а) с миниатюрной лампой накаливания

б) с неоновой лампой

в) со светодиодом

Свойства и характеристики

Опираясь на точную конструкцию прибора, можно определить его электрическую прочность. Под этим термином понимается значение напряжения, возникающего между цепями входа и выхода. Так, производители оптопар, обеспечивающих гальваническую изоляцию, демонстрируют целый ряд моделей с различными корпусами:

1. 
   DIP
   
2. 
   SOP
   
3. 
   SSOP
   
4. 
   Miniflat-lead
   

В зависимости от корпуса у оптопары формируется то или иное напряжение изоляции. Чтобы создать условия, в которых уровень напряжения достаточный для пробоя изоляции был достаточно велик, следует сконструировать оптопару таким образом, чтобы следующие детали были расположены достаточно далеко друг от друга:

Светодиод и оптический регистратор;

Внутренняя и внешняя сторона корпуса;

В отдельных случаях можно обнаружить оптопары специализированной группы, изготавливаемые в соответствии с международным стандартом безопасности. Уровень электрической прочности у этих моделей на порядок выше.

Другой значимый параметр транзисторной оптопары носит название «коэффициента передачи тока». Согласно значению этого коэффициента устройство относят к той или иной категории, что и отображается в названии модели.

В оптроне входная и выходная цепи гальванически развязаны между собой; взаимодействие цепей ограничено паразитными ёмкостями между выводами оптрона. Тепловым воздействием излучателя на фотоприёмник на практике можно пренебречь.

Электрическая прочность (допустимое напряжение между входной и выходной цепями) зависит от конструктивного оформления прибора; для распространённых отечественных DIP-корпусов предельное напряжение между цепями нормируется на 500 или 1000В , при этом сопротивление изоляции нормируется на уровне 10¹¹ Ом. Реальное напряжение электрического пробоя такого прибора — порядка нескольких киловольт.

Нижняя рабочая частота оптрона не ограничена — оптроны могут работать в цепях постоянного тока. Верхняя рабочая частота оптронов, оптимизированных под высокочастотную передачу цифровых сигналов, достигает сотен МГц. Верхние рабочие частоты линейных оптронов существенно ниже (единицы—сотни кГц). Наиболее медленные оптроны, использующие лампы накаливания, фактически являются эффективными фильтрами низких частот с граничной полосой порядка единиц Гц.

Примеры применения

На сегодняшнее время оптопары очень хорошо изучены и широко распространены в различных сферах деятельности. Особое место применения оптронов в схемах для логического согласования различных блоков, которые содержат элементы с исполнительными органами.

Как уже было сказано, ранее оптроны применяются для гальванической развязки в цепях с отличными блоками, преобразования и модуляции импульсов для управления аппаратами, контроля и управления, сигнализации и защиты электрического оборудования и процессов (счетчики, коммутаторы, реле, электрические измерительные устройства).

Оптопары настолько универсальны, что даже просто в качестве элементов гальванической развязки и бесконтактного управления применяются в настолько разнообразных отраслях, например: вычислительная техника, техника связи, автоматика, радиоаппаратура, системы автоматизированного управления, измерительные приборы, системы контроля и регулирования, медицинская техника, устройства визуального отображения информации.

Достоинства и недостатки оптопар

К основным достоинствам оптронов относится следующее:

-управление различного рода объектами осуществляется бесконтактно;

-разнообразие и гибкость управления;

-абсолютная невосприимчивость и независимость от посторонних электромагнитных волн, что не создает дополнительных помех в работе;

-возможность использования, как импульса, так и постоянного сигнала;

-возможность изменения выходного сигнала за счет воздействия на вещество оптоканала (из этого следует возможность использования датчиков различных типов);

-конструктивная и физическая совместимость с иными электронными и полупроводниковыми аппаратами и приборами;

-с точки зрения пропускания оптопары, то в низких частотах нет ограничений.

К недостаткам оптронов относятся:

-достаточно на высоком уровне потребляемая мощность, вызванная двойной трансформацией энергии (электрический ток – световой поток – электрический ток;

-сравнительно невысокий КПД переходных процессов;

-снижение качества параметров в процессе длительного времени;

-высокий уровень шумовых характеристик;

-достаточно сложно реализовать обратную связь из-за разностью выходных и входных схем.

Ход работы

Исходные устройства

Наша работа состояла в том, чтобы выбрать из уже имеющихся светодиодов и фототранзисторов те, которые будут подходить друг другу по своим характеристикам и свойствам, и проверить их работоспособность. Мы имели:

1. 
   Фототранзистор L-3DP3C с длинной волны 100нм
   
2. 
   Фототранзистора BPW85B с длинной волны 620-980нм
   
3. 
   Фототранзистор L-7113P3C с длинной волны 100нм
   
4. 
   Светодиод GNL-3012GD с длинной волны 565нм
   
5. 
   Светодиод GNL-3012HD с длинной волны 700нм
   

Выбор и его обоснование

Среди имеющихся приборов мы выбрали: фототранзистора BPW85B с длинной волны 620-980нм и светодиод GNL-3012HD с длинной волны 700нм, потому как у них совпадают диапазоны длин волн. Их волны способны воспринимать диапазон красного цвета, который лежит в рамках от 620 до 760 нм. Также длина волны светодиода в 700нм лежит в видимой части спектра, а длина волны фототранзистора, которая находится в рамках от 620 до 980 нм, находится в видимой части спектра и невидимой инфракрасной части спектра, которая начинается примерно с 750 нм.

Программирование оптопары в программе Arduino

М ы решили написать программу в программе Arduino, дающую возможность плате подавать световые сигналы светодиодам, которые в свою очередь равномерно зажигались и потухали:

Вывод

В проведенной работе мы определили марки и модели предоставленных фототранзисторов и светодиодов, ознакомились с их характеристиками, а также создали полноценную оптопару и запрограммировали ее на макетной плате в Arduino.

Список использованной литературы

1. 
   Справочник по интегральным микросхемам, Б. В. Тарабрин, С. В. Якубовский
   
2. 
   Пособие «Технические средства автоматизации и управления», А.А. Старостин, 2015г.
   
3. 
   Справочник «Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы», Горюнов Н.Н.