Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры транзисторных оптопар, объясните их смысл и укажите порядок величин.

2. Что такое входная характеристика оптопары? Объясните причину сходства входных характеристик диодных и транзисторных оптопар.

3. Покажите на графиках I_ВЫХ = f(I_ВХ) области, соответствующие линейному режиму и насыщению фототранзистора.

4. Как рассчитать значение тока I_ВЫХ в режиме насыщения?

5. Какие факторы влияют на коэффициент передачи тока? Покажите графики зависимостей, отражающие это влияние. Рассчитайте коэффициент передачи тока при U₂=12 В, I_ВХ = 10 мА.

6. Покажите на графиках характеристик U_КЭ=f(I_ВХ) область насыщения фототранзистора. Какова величина остаточного напряжения U_ОСТ?

7. Покажите на графиках характеристик U_КЭ=f(I_ВХ) точку, соответствующую запертому состоянию фототранзистора. Чем определяется величина напряжения на запертом фототранзисторе?

8. Покажите на графиках характеристик U_КЭ=f(I_ВХ) область линейного режима.

9. Какие факторы влияют на быстродействие оптопары? Покажите графики зависимостей, отражающие это влияние.

10. Какие параметры оптопары изменяются при разрыве электрической связи между базой и эмиттером фототранзистора?

11. Дайте сравнительную оценку диодных и транзисторных оптопар с точки зрения их параметров и областей применения.

12. Каким должно быть суммарное сопротивление резисторов R1+R2, чтобы во входной цепи оптопары при напряжении питания 12 В протекал ток 10 мА?

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ УЗЛОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ

РАЗВЯЗКИ НА ОПТРОНАХ

Цель работы: познакомиться со схемными решениями и техническими характеристиками узлов гальванической развязки (УГР) на оптронах.

Пояснения к работе

В электронной аппаратуре очень часто возникает необходимость исключить электрическую связь цепей, но при этом обеспечить передачу сигналов между ними. Электрическое разделение цепей используют для решения следующих задач:

- повышение помехозащищенности аппаратуры;

- обеспечение электробезопасности медицинской и высоковольтной электронной аппаратуры;

- исключение гальванических связей между силовыми и управляющими цепями схемы;

- защита аппаратуры от коммутационных перенапряжений и повреждений во внешних цепях.

В узлах гальванической (электрической) развязки широкое применение находят диодные и транзисторные оптопары. При разработке УГР для аналоговых сигналов основными проблемами являются достижение линейности характеристики преобразования, а также временной и температурной стабильности. Указанные сложности связаны со следующими особенностями оптопар:

- существенная нелинейность характеристики преобразования, обусловленная зависимостью коэффициента передачи тока оптопары от входного тока;

- характеристики оптопары зависят от температуры и нестабильны во времени.

Для ослабления влияния перечисленных факторов используются так называемые дифференциальные оптопары, в которых один излучающий диод воздействует на два независимых идентичных фотоприемника. Второй фотоприемник образует с излучающим диодом вспомогательную оптопару, используемую для компенсации нелинейности характеристики и нестабильности основной оптопары. Благодаря высокой степени идентичности свойств основной и дополнительной оптопар, нелинейность характеристики УГР имеет порядок сотых долей процента. В настоящее время выпускаются только диодные дифференциальные оптопары, которые могут использоваться для преобразования сигналов с частотами до 100 кГц.

Транзисторные оптопары в дифференциальном исполнении не выпускаются, поэтому в УГР приходиться использовать две обычные однотипные транзисторные оптопары. Без специального подбора оптопар нелинейность характеристики такого УГР обычно не превышает 1-3 %. Путем подбора экземпляров транзисторных оптопар с близкими свойствами могут быть получены значения нелинейности менее 0,1 %.

В УГР для цифровых сигналов нелинейность и нестабильность свойств оптопар не имеют существенного значения и могут не приниматься во внимание.

Для любого устройства гальванической развязки нужны два электрически изолированных источника питания – один для входной части схемы, второй – для выходной. Если подключить входную и выходную часть схемы к общему источнику питания, то сигналы будут передаваться, но между входом и выходом возникнет гальваническая связь через источник питания.