Sb97954

нию: чем выше R, тем выше вольтова чувствительность, но при этом снижается верхний предел измеряемого лучистого потока.

В схеме включения (рис. 6.2) линейность отклика на различные уровни оптического излучения велика, но не является идеальной из-за изменения U на фотодиоде (6.1). Значение U на фотодиоде можно стабилизировать, если воспользоваться схемой преобразовате-

тодиодного режима относится необходимость компенсации зависимого от температуры «темнового» сигнала. На рис. 6.3 компенсация вводится смещением, снимаемым с потенциометра R3.

Фотогенераторный режим. Для достижения этого режима необходимо создать короткое замыкание между катодом и анодом фотодиода (U = 0). Это соответствует точкам пересечения кривых на рис. 6.1 с осью ординат. В этом случае диод играет роль источника тока и (6.1) при U = 0 приводится к простому виду

можно создать нулевое входное сопротивление, поэтому изменение сигнала

ствительность фотодиода, указываемая в технической документации, приводится именно для фотогенераторного режима. Чувствительность зависит от площади приемной площадки фотодиода и от длины волны. В зависимости от типа фотодиода интегральная чувствительность кремниевых фотодиодов для видимой части спектра находится в пределах S = 3…20 мА/лм, а германиевых – S = 15…25 мА/лм. Чувствительность фотодиодов в инфракрасной части спектра может достигать значений ~1 А/Вт.

6.2.Порядок выполнения исследований

1.В исследованиях используется оптронный модуль, состоящий из инфракрасного излучателя LED (светодиода) типа BIR-BL07J4G с длиной волны излучения 940 нм и согласованного по спектральной чувствительности фотодиода PD типа SFH206F. Схема оптронного модуля (блок 1) и исследуемые схемы включения фотодиода (блоки 2 и 3) изображены на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Исследуемые схемы включения фотодиода

Напряжение питания светодиода +5 В подается через потенциометры R1 и R2, включенные по схеме реостата. С помощью этих резисторов (R1 – грубо, R2 – точно) изменяется ток светодиода и, соответственно, мощность его излучения.

32

Резистор R3 служит для ограничения максимального тока светодиода при R1 + R2 = 0. Одновременно R3 служит шунтом для измерения тока светодиода по показаниям параллельно подключаемого вольтметра.

2.Исследуемые электрические схемы уже смонтированы внутри лабораторного стенда, а используемые резисторы и иные элементы схемы закреплены в разъемах на верхней панели стенда. Запишите номиналы и тип всех установленных элементов.

3.Убедитесь, что элементы схемы надежно закреплены в разъемах, переключатели SA1 и SA2 находятся в положении «1».

4.Резистор R6 в схеме (рис. 6.5, блок 2) экспериментально подобран так,

чтобы при максимально возможном токе светодиода и нулевом смещении, снимаемом с R5, выходной сигнал усилителя был близок к уровню насыщения (обычно Uнас = 0.8Uп).

Установите смещение равным нулю (максимальное отрицательное значение Uвых1) и минимальный ток через светодиод, измерьте напряжение Uвых1 на выходе усилителя, закрывая излучатель пластиковым экраном. Данное напряжение соответствует измерению фонового излучения в помещении с помощью фотодиода. Закройте приемник экраном и повторите измерение напряжения Uвых1 на выходе усилителя. Оцените значение «темнового» тока фотодиода с помощью выражения, связывающего выходной сигнал преобразователя ток–напряжение Uвых1 с его входным током Iф: Uвых1 = IфR6.

5. Изменяя смещение с помощью резистора R5, компенсируйте «темновой» выходной сигнал, добиваясь нулевого напряжения на выходе усилителя при закрытом экраном светодиоде, а затем снимите зависимость сигнала на выходе схемы от тока светодиода при Uобр = +12 В.

6. Повторите п. 5 исследования при меньшем значении обратного напряжения фотодиода (Uобр = +5 В, переключатель SA2 в положении «2»). Постройте зависимости выходного сигнала усилителя фототока от тока светодиода для двух значений обратного напряжения.

7.Переключите SA1 в положение «2» и повторите эксперимент для фотогенераторного режима (рис. 6.5, блок 3). Обратите внимание, что номиналы резисторов R6 и R7 равны. Сравните полученные характеристики.

8.Установите максимальное значение тока светодиода с помощью резисторов R6 и R7, измерьте напряжение Uвых2. Установив экран примерно по-

33

средине между передатчиком и приемником, зафиксируйте новое значение напряжение Uвых2. Оцените перепад напряжения на выходе схемы при ее использовании в качестве детектора наличия объекта.

6.3. Содержание отчета

Отчет должен содержать схемы, экспериментальные зависимости, результат расчета темнового тока и выводы.

Список рекомендуемой литературы

Аналоговая и цифровая схемотехника / Ю. А. Быстров, Е. А. Колгин, Д. К. Кострин, А. А. Ухов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 156 с.

Аналоговая схемотехника. Схемы на транзисторах и операционных усилителях / А. А. Ухов, В. А. Герасимов, Л. М. Селиванов и др. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 96 с.

Быстров Ю. А., Колгин Е. А., Кострин Д. К. Схемотехника. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 108 с.

Вознесенский А. С., Шкуратник В. Л. Электроника и измерительная техника. М.: Горная кн., 2008. 461 с.

Виглеб Г. Датчики. Устройство и применение. М.: Мир, 1989. 196 с. Картер Б., Манчини Р. Операционные усилители для всех. М.: Додэка-XXI,

2011. 544 с.

Колгин Е. А., Кострин Д. К., Ухов А. А. Электронные средства контроля в современных технологиях. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 136 с.

Кострин Д. К., Лисенков А. А., Ухов А. А. Электронные средства контроля технологических процессов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 228 с.

Кострин Д. К., Ухов А. А. Датчики в электронных устройствах. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 240 с.

Смирнов Е. А., Лисенков А. А., Киселев А. С. Квантовые и оптоэлектронные приборы и устройства. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 200 с.

Фрайден Дж. Современные датчики. М.: Техносфера, 2005. 592 с. Шишмарев В. Ю. Измерительная техника. М.: Академия, 2013. 288 с. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М.: Ла-

боратория базовых знаний, 2001. 616 с.

34

Дмитрий Константинович Кострин

ЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ

Учебно-методическое пособие

Редактор И. Г. Скачек

__________________________________________________________________

Подписано в печать 25.12.2018. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Печ. л. 2.25.

Гарнитура «Times New Roman». Тираж 44 экз. Заказ .

__________________________________________________________________

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

36