Входные и выходные параметры оптопар

 

Наиболее распространенные на практике оптопары можно описать следующими параметрами: параметры излучателя (входные параметры), выходные параметры (фотоприемника), передаточные параметры (параметры передачи сигнала со входа на выход), параметры изоляции.

Основными параметрами для входной цепи оптопар являются:

1. Номинальный входной ток Iвх ном – значение тока, рекомендуемое для оптимальной эксплуатации оптопары, а также для снятия ее основных параметров.

2. Входное напряжение Uвх – падение напряжения на излучательном диоде при протекании номинального входного тока Iвх ном.

3. Входная емкость Cвх – емкость между входными выводами оптопары в номинальном режиме.

4. Максимальный входной ток Iвх макс – максимальное значение постоянного прямого тока, при котором сохраняется работоспособность оптопары.

5. Обратное входное напряжение Uвх обр – максимальное значение обратного напряжения любой формы (постоянное, импульсное, синусоидальное и др.), которое длительно выдерживает излучательный диод без нарушения нормальной работы.

Выходными параметрами оптопар являются:

1. Максимально допустимое обратное выходное напряжение Uвых обр макс – максимальное значение обратного напряжения любой формы, которое выдерживает фотоприемник без нарушения нормальной работы.

2. Максимально допустимый выходной ток Iвых – максимальное значение тока, протекающего через фотоприемник во включенном состоянии оптопары.

3. Ток утечки (темновой ток) на выходе Iут – ток на выходе оптопары при Iвх=0 и заданном значении и полярности Uвых.

4. Выходное остаточное напряжение (напряжение насыщения) Uост – значение напряжения на включенном фоторезисторе или фототиристоре в режиме насыщения.

5. Выходная емкость Свых – емкость на зажимах фотоприемника.

Эффективность передачи электрических сигналов со входа на выход оптопары определяется следующими передаточными параметрами:

– коэффициентом передачи по току Ki – это отношение тока на выходе оптопары Iвых к вызвавшему его входному току Iвх

. (7.11)

Он определяется в статическом и динамическом режимах

. (7.12)

Зависимость Iвых=f(Iвых) называется передаточной характеристикой и имеет нелинейный характер. Нелинейность передаточной характеристики определяется нелинейностью ВАХ излучательного диода и характеристикой фотоприемника. Так как тиристорная оптопара работает в ключевом режиме, то передаточная характеристика описывается входным током оптопары, при котором включается фототиристор. Различают минимальное значение входного тока, при котором происходит надежное отпирание фототиристора и максимально допустимый входной ток помехи Iпом макс, при котором фототиристор не включается.

Быстродействие оптопар характеризуется временем переключения . Время включения состоит из времени задержки при включении и времени нарастания: . Время задержки при включении tзд – время от момента подачи импульса входного тока до момента нарастания выходного тока до уровня 0,1Iвых макс. Время нарастания выходного тока tнар характеризуется временем нарастания выходного тока от уровня 0,1Iвых макc до уровня 0,9Iвых макс. Время выключения оптопары определяется временем спада tсп и временем задержки tзд: . Время задержки – это время с момента прекращения воздействия входного сигнала до момента уменьшения выходного тока до уровня 0,9Iвых макс. Время спада – время уменьшения выходного тока от 0,9Iвых макс до уровня 0,1Iвых макс.

Параметрами изоляции оптопар являются: максимально допустимое пиковое напряжение Uиз пик и статическое напряжение изоляции Uиз между входом и выходом; сопротивление изоляции Rиз; проходная емкость Спр и максимально допустимая скорость нарастания выходного напряжения.

7.16. Жидкокристаллические индикаторы

Жидкокристаллические индикаторы являются пассивными приборами. Равновесное термодинамическое состояние вещества, при котором оно обладает свойствами, присущими твердым кристаллам, а также текучестью, поверхностным натяжением и вязкостью, характерными для жидкостей, называют жидкокристаллическим (мезоморфным).

Работа жидкокристаллических индикаторов основана на использовании жидких кристаллов, открытых еще в прошлом веке и представляющих собой некоторые органические жидкости с упорядоченным расположением молекул, характерным для кристаллов. Жидкие кристаллы прозрачны для световых лучей, но под действием электрического поля напряженностью 2…5 кВ/см структура их нарушается, молекулы располагаются беспорядочно и жидкость становится непрозрачной.

Молекулы жидких кристаллов (ЖК) имеют сравнительно большую длину и относительно малую ширину. Они относятся к диэлектрикам и имеют удельное сопротивление 106…1010 Ом·см, зависящее от наличия примесей.

Применяются три основных типа жидких кристаллов: смектические (текучие), нематические (собственно жидкие), холестерические. Смектические ЖК имеют сильно вытянутые линейные молекулы, расположенные параллельно длинным осям, и образуют слои равной толщины, расположенные один под другим. Текучесть обеспечивается за счет взаимного скольжения слоев.

В нематических ЖК оси молекул также параллельны, но они не образуют слоев и размещены хаотично. Поэтому нематический ЖК мутный для проходящего и отраженного света. Под действием электрического или магнитного полей можно добиться оптической однородности среды и полного ее просветления.

Холестирические ЖК являются разновидностью смектических, у которых ориентация молекул меняется от слоя к слою. Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) не генерируют оптического излучения, а модулируют его интенсивность за счет изменения его характеристик: амплитуды, фазы, длины волны, плоскости поляризации и направления распространения. В связи с этим ЖКИ являются пассивными приборами.

Принцип действия жидкокристаллических индикаторов основан на изменении оптических показателей (свойств) кристалла под действием электрического поля. Оптическими показателями являются: коэффициенты отражения, рассеивания, поглощения; показатель преломления; спектральное отражение или пропускание; оптические анизотропия, разность кода, активность. Для этих изменений требуются малые напряжения и низкая потребляемая мощность. Вследствие модуляции падающего света изменяется цвет участка, к которому приложено электрическое поле, а на поверхности вещества проявляется рисунок требуемой конфигурации.

Конструктивно ЖКИ выглядят очень просто, между двумя стеклянными пластинами помещается жидкий кристалл, а электроды наносятся на внутреннюю сторону пластин в виде тонких, почти не видных на стекле токопроводящих полосок.

На практике используются ЖКИ, работающие на просвет и отражение. Если ячейка работает на просвет, то электроды на обеих пластинах выполняются прозрачными (рис. 7.20,а). Если ЖКИ работает на отражение, то задний электрод выполняется непрозрачным (рис. 7.20,б) и должен быть зеркально отражающим.

При работе ЖКИ в условиях низкой освещенности искусственно создается подсветка. У ЖКИ, работающих на просвет, за задней пластиной размещают источник света, а у ЖКИ, работающих на отражение, источник света размещают сбоку или спереди.

На практике используются цифровые, буквенно-цифровые и ЖКИ в виде определенных символов. Они могут работать в диапазоне температур –20…+55 °С, а их долговечность составляет десятки тысяч часов.

Жидкокристаллические индикаторы управляются переменным напряжением. При постоянном напряжении происходит перенос примесей на электроды, что снижает контрастность изображения, и возникают необратимые электрохимические процессы, резко снижающие срок службы. В связи с этим в паспортных данных индикаторов указывается допустимое значение постоянной составляющей напряжения (порядка 50…170 мВ) и напряжение управления.

Параметры ЖКИ

1. Контрастность или коэффициент контраста знака по отношению к фону

,

где Lф, Lз – яркости фона и знака, причем значения К лежат в диапазоне 80…90 %.

2. Время реакции (время "включения") и время релаксации (время "выключения") пропорциональны вязкости жидкости, квадрату толщины ЖК и приблизительно обратно пропорциональны квадрату разности между приложенным и пороговым напряжением.

3. Пороговое напряжение – минимальное напряжение, соответствующее началу свечения ЖКИ.

4. Напряжение управления – переменное напряжение, подаваемое на электроды индикатора (2…10 В).

5. Ток управления – ток, потребляемый индикатором при нормальной контрастности (1…100 мкА).

6. Частота управляющего напряжения (30…1000 Гц).

7. Температурный диапазон работы (–20…+55 °С).

Жидкокристаллические индикаторы обладают следующими достоинствами: простотой конструкции, долговечностью, составляющей десятки тысяч часов, малой мощностью потребления энергии (5…50 мкВт/см2), высокой контрастностью, неизменяющейся при увеличении освещенности, совместимостью с микросхемами управления, выполненными по МОП–технологии.

К недостаткам ЖКИ относятся: малый температурный диапазон , непостоянство параметров во время работы и срока хранения, необходимость подсветки для наблюдения в ночное время суток, низкое быстродействие, т.е. время появления или исчезновения знака, которое определяется временем перехода молекул ЖК из упорядоченного расположения в беспорядочное или обратно и составляет до 200 мс.

По виду отображаемой информации ЖКИ бывают: цифровые, буквенно-цифровые, графические, мнемонические, шкальные. Цифровые и буквенно-цифровые ЖКИ выполняются в виде сегментов или матриц, одноразрядные или многоразрядные. При небольшом числе элементов каждый из них имеет свой вывод для подключения источника питания.

Идея получения индикатора с цветными элементами отображения, цвет которых изменяется простым изменением питающего напряжения, на практике труднореализуема, поскольку требует создания очень равномерного по толщине слоя ЖК и его однородной ориентации по всей площади индикатора. Изменение толщины слоя ЖК на десятые доли микрометра приводит к заметному изменению цвета. Такой индикатор при любом изменении внешних условий (температуры, давления, механических воздействий) неуправляемо меняет цвет, а при кодировании информации цветом теряет работоспособность.


ГЛАВА 8


>