Методика выполнения работы. 2.1. Исследование прямой ветви ВАХ светоизлучающего диода.
2.1. Исследование прямой ветви ВАХ светоизлучающего диода.
|
2.1.1. Из элементов, приготовленных к работе собрать схему для исследования прямой ветви ВАХ (рисунок), подключить источники питания и измерительные приборы с помощью соединительных проводов и съёмных элементов.
Проверить правильность установки диода в съёмном элементе. На съёмном элементе указана полярность его включения в цепь.
Измерение прямого тока осуществляется амперметром АВМ1 с пределом измерения 10 мА. Для измерения прямого напряжения используется вольтметр АВМ2 с пределами измерения 1 и 5 В. Собранную схему показать преподавателю.
Включить тумблер “Сеть”.
2.1.2. Установить на источнике тока ГТ минимальное значение выходного тока. Плавно увеличивать значение прямого тока таким образом, чтобы прямое напряжение изменялось приблизительно на 0,1 В. Получить не менее 6...8 отсчетов значений прямого тока. Результаты занести в таблицу. По длине ВАХ экспериментальные точки должны быть расположены приблизительно равномерно. При необходимости уменьшить предел измерения прямого тока. Наиболее точные измерения выполняются при условии, что стрелка прибора отклоняется не менее чем на 2/3 длины шкалы.
| Iпр, мА | ||||||
| Uпр, В |
Отметить величину прямого тока, начиная с которой свечение диода становится безусловно заметным визуально.
По результатам измерений построить график прямой ветви ВАХ.
ВНИМАНИЕ! Обратная ветвь ВАХ светодиода не исследуется!
Содержание отчета
3.1. Титульный лист.
3.2. Цель работы.
3.3. Схема электрическая принципиальная для исследования прямой ветви ВАХ светодиода.
3.4. Результаты измерений, сведенные в таблицу.
3.5. Результаты измерений в виде графика зависимости I=f(U).
3.6. Основные справочные параметры исследуемого светодиода.
3.7. Выводы о работе.
Контрольные вопросы и задания
4.1. Что представляет собой светоизлучающий диод и для чего он используется?
4.2. Нарисуйте и объясните световую характеристику?
4.3. Чем определяется цвет свечения светодиода?
4.4. Можно ли использовать инфракрасный светодиод в качестве фотоприемника инфракрасного излучения?
4.5. Укажите основные достоинства и недостатки светодиодов.
4.6. Приведите условные графическое и буквенно-цифровое обозна-чения светодиодов.
4.7. Назовите диапазон рабочих токов светодиодов.
Лабораторная работа № 5
Исследование основных характеристик
Диодной оптопары
Цель работы. Исследовать основные характеристики диодной оптопары.
Оборудование. Лабораторный стенд 87Л-01, сменная панель 1.
Объекты исследования. Оптопара АОД101Г или аналогичная.
Общие сведения
Оптопара - это полупроводниковый оптоэлектронный прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприёмник, имеющие между собой оптическую связь. В излучателе электрические сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприёмник и создают в нём снова электрические сигналы. На входе и выходе оптопары всегда имеются электрические сигналы, а связь входа с выходом осуществляется оптическими сигналами. Цепь излучателя является управляющей, а цепь фотоприёмника - управляемой. Оптопары обеспечивают практически идеальную электрическую (гальваническую) развязку, высокое напряжение изоляции, однонаправленность передачи информации и широкополосность.
Классификация оптопар проводится по трём основным признакам: по виду излучателя, по виду фотоприемника и по виду оптического канала.
Излучателем в оптопарах, как правило, служит инфракрасный светодиод (раньше применялись миниатюрные лампы накаливания). В качестве фотоприёмников применяются фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фоторезисторы.
Существуют три разновидности оптического канала между излучателем и фотоприемником:
1) закрытый оптический канал - простой светопровод, предназначенный для передачи энергии излучения на фотоприёмник; чаще всего он выполняется в виде иммерсионной среды (среды, показатель преломления которой, больше единицы );
2) открытый оптический канал - оптический канал такой конструкции, при которой в зазор между излучателем и фотоприёмником возможен доступ извне;
3) управляемый оптический канал - оптический канал, в котором в качестве иммерсионной среды использован материал, светопропускание которого изменяется при внешних воздействиях.
Наиболее распространены оптопары с закрытым оптическим каналом.
Диодные оптопары применяются в основном в цепях передачи цифровых информационных сигналов между блоками радиоэлектронной аппаратуры, для управления работой различных микросхем, для создания оптоэлектронных трансформаторов. Диодные оптопары обычно содержат кремниевый фотодиод и инфракрасный арсенид-галлиевый светодиод. Фотодиод может работать в фотогенераторном режиме, создавая фотоЭДС до 0,5...0,8 В, или в фотодиодном режиме. Диодные оптопары обладают наилучшим быстродействием (время задержки распространения сигнала tзд » 10-7...10-9с).
Важной разновидностью диодных оптопар являются дифференциальные оптопары - приборы, в которых один излучатель воздействует на два идентичных фотодиода. Это позволяет обеспечить неискажённую передачу аналоговых сигналов. Причём один канал служит для непосредственной передачи информации, а другой применяется для создания цепи обратной связи, корректирующей температурные, деградационные и другие изменения мощности излучателя. Разновидностью диодных оптопар являются оптопары, в которых фотоприёмником служит фотоварикап.
Диодные оптопары имеют весьма низкий коэффициент передачи тока (kI= 1...3%) и требуют обязательного усиления выходного сигнала, поэтому используются либо с дополнительными электронными усилителями, либо в составе оптоэлектронных микросхем, содержащих несколько оптопар и дополнительное электронное обрамление.
Транзисторные оптопары работают главным образом в ключевом режиме и применяются в коммутаторных схемах, устройствах связи различных датчиков с измерительными блоками, для бесконтактного управления и т.д. Они не требуют дополнительного усиления выходного сигнала, но отличаются от диодных оптопар низким быстродействием. Это наиболее распространённый класс оптопар.
Тиристорные оптопары имеют в качестве фотоприемника кремниевый фототиристор и примеряются исключительно в ключевых режимах. Основными областями применения тиристорных оптопар являются схемы для коммутации высоковольтных сильноточных цепей, управления мощными тиристорами и т.п.
Резисторные оптопары применяются преимущественно в аналоговых устройствах и отличаются высокой линейностью ВАХ, низким уровнем шумов. Выходное сопротивление фоторезистора может изменяться в 107...108 раз. Основными недостатками таких оптопар являются низкое быстродействие (0,01...1 с) и значительная температурная нестабильность параметров. Резисторные оптопары применяются для автоматического регулирования усиления, управления бесконтакными делителями напряжения, модуляции и формирования различных сигналов.
Термины, определения и обозначения параметров оптопар приведены в ГОСТ 23562-79. Основными параметрами диодных оптопар являются:
1) входное напряжение Uвх - постоянное прямое напряжение на диоде-излучателе при заданном входном токе;
2) максимальный (импульсный) входной ток Iвх. max (Iвх..и max) - максимальные постоянный входной ток или амплитуда входного импульса, проходящего через входную цепь оптопары, при которых обеспечивается заданная надёжность при длительной работе;
3) максимальное входное обратное напряжение Uвх..обр.max - максимальное постоянное напряжение, приложенное к входу в обратном направлении, при котором обеспечивается заданная надёжность при длительной работе;
4) максимальное выходное обратное постоянное Uвых..обр.max и импульсное напряжения Uвых..обр.и max, максимальные напряжения в выходной цепи оптопары, при которых обеспечивается её надёжная работа;
5) выходной обратный ток (темновой) Iвых..обр. т - ток, протекающий в выходной цепи при отсутствии входного тока и заданном напряжении на выходе;
6) время нарастания выходного сигнала tнр - интервал времени, в течение которого выходной сигнал изменяется от 0,1 до 0,5 максимального значения;
7) время спада выходного сигнала tсп - интервал времени, в течение которого выходной сигнал изменяется от 0,9 до 0,5 максимального значения;
8) коэффициент передачи тока КI - отношение разности выходного и выходного темнового токов к входному, выраженное в процентах; так как темновой выходной ток значительно меньше светового, коэффициент передачи тока выражается как КI = Iвых/I вх ;
9) сопротивление изоляции Rиз - активное сопротивление между входной и выходной цепями оптопары;
10) проходная ёмкость Cиз - ёмкость между входной и выходной цепями оптопары;
11) максимальное напряжение изоляции Uиз max - максимальное постоянное напряжение изоляции, приложенное между входом и выходом оптопары, при котором обеспечивается её электрическая прочность.
Свойства элементарной оптопары определяются тремя основными характеристиками: входной, передаточной и выходной. Входной является ВАХ излучателя, а выходной ВАХ фотодиода (при заданном токе на входе оптопары). Передаточной характеристикой называется зависимость тока Iвых на выходе оптопары от тока Iвх на её входе.