6 Лабораторная работа оэ6 Исследование оптоэлектронной интегральной микросхемы

6.1 Цель работы

Исследовать основные характеристики и применение оптоэлектронной интегральной микросхемы (ОЭ ИМС).

6.2 Подготовка к работе

6.2.1 Изучить следующие вопросы курса по конспекту лекций к рекомендуемой литературе:

-классификация оптоэлектронных ИМС по функционально­му назначению;

-ОЭ ИМС - коммутатор аналоговых сигналов: схема; принцип работы; основные характеристики и параметры; применение.

6.2.2 При подготовке к работе рекомендуется ответить на контрольные вопросы:

-назначение оптронов;

-структурная схема оптрона;

-принципиальные электрические схемы оптронов;

-оптоэлектронная ИМС;

-характеристики и параметры ОЭ ИМС - коммутатора ана­логовых сигналов.

Рекомендуемая литература

Ефимов И.Е., Козырь И.Р., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. -М.: Высшая школа, 1987. С. 376-383.

Ефимов И.Е., Козырь И.Я. Основы микроэлектроники. -М.: Высшая школа, 1983, с.351-361.

6.3 Основные данные ОЭ ИМС, исследуемой в работе

Тип ИМС - оптоэлектронный коммутатор аналоговых сигналов на основе диодных оптопар K249KHIA.

Принципиальная схема оптоэлектронного коммутатора приведе­на на рисунке 1.

Электронный ключ представляет собой инверсное включение двух р-n-р транзисторов с идентичными параметрами. Остаточ­ные напряжения транзисторов направлены встречно и взаимно ком­пенсируются. Это позволяет коммутировать с помощью такого струк­турно-компенсированного ключа весьма слабые сигналы.

Рисунок 1 - Принципиальная схема оптоэлектронного коммутатора

аналоговых сигналов К249KHIA

Управление ключом производится с помощью диодных оптронов. Для надежного открывания ключа используются два оптрона с последовательно включенными диодами. Открывающее ключ напряжение с фотодиодов приклады­вается между коллекторами и базами транзисторов.

Управляющее напряжение подается на светодиоды. Коммутируемая цепь подключается к эмиттерным выводам тран­зисторов.

Электрические параметры

Сопротивление ключа в открытом состоянии при

I_вх=20мА не более…………………………………..………………………....200 Ом

Ток утечки закрытого ключа между эмиттерами при

I_вх=0 и U_ком=30 В не более………….…………………….…………………..100 нА

Остаточное напряжение на открытом ключе при

I_вх=20мА не более………………………..…………………………………...200 мкВ

Время включения…………………….………………………………………...10 мкс

Время выключения………………………………………………………….…10 мкс

Сопротивление изоляции………….………………………………………….10⁹Ом

Проходная емкость…………………….……………………..………………….5 пФ

6.4 Лабораторное задание

6.4.1 Исследование входной характеристики I_ВХ= f (U_ВХ).

-собрать схему, в соответствии с рисунком 2. Состояние тумблеров S1 и S2 произвольное;

Рисунок 2 - Схема для снятия входной характеристики

-плавно изменять напряжение U_ВХот нуля до максимального значения. Максимальным считается значение, при котором I_ВХ= 8 мА. Отсчеты U_ВХи I_ВХзанести в таблицу 1;

Таблица 1 - Результаты измерений.

UВХ, В
IВХ, мА

-построить график зависимости I_ВХ= f (U_ВХ).

6.4.2 Исследование зависимости сопротивления открытого ключа от входного тока R_КЛ= f (I_ВХ).

-собрать схему, в соответствии с рисунком 3, которая получается дополнением предыдущей схемы, генератором G₁и вольтметром переменного тока Р₃. В схеме сопротивление R₁= R₂=30 кОм. Тумблер S₁разомкнуть, S₂– замкнуть;

-с генератора G₁подать напряжение U_Г= 3 В, с частотой 1 кГц;

Рисунок 3 - Схема для снятия зависимости сопротивления

открытого ключа от входного тока

-плавно изменять напряжение U_ВХот нуля до максимального значения. Максимальным считается значение, при котором I_ВХ= 8 мА. С помощью вольтметра измерять падение напряжения на ключе U_КЛ. Отсчеты I_ВХи U_КЛзанести в таблицу 2;

Таблица 2 - Результаты измерений и расчетов.

IВХ, мА
UКЛ, В
RКЛ, Ом

-рассчитать значения сопротивления ключа по формуле:

(6.1)

Результаты занести в таблицу 2.;

-построить графическую зависимость R_кл= f (I_вх).

6.4.3 Измерение тока утечки закрытого ключа производится по схеме рисунка 3.

-тумблер S1 замкнуть, тумблер S2 разомкнуть. Вольтметр Р₃включить параллельно резистору R₂. Установить значение входного тока I_вх= 0;

-с генератора G₁подать напряжение U_г= 4 В, с частотой f = 1 кГц;

-с помощью вольтметра Р₃измерить падение напряжения U_Rна резисторе R₂;

-рассчитать значение тока утечки по формуле:

. (6.2)

6.4.4 Исследование ключа в режиме коммутации аналогового сигнала.

В данном эксперименте с помощью ключа К249КНIА периодически отключается переменное напряжение генератора G₁, подаваемое на нагрузку R₂. Управление ключом осуществляется от генератора импульсов G₂.

-собрать схему, в соответствии с рисунком 4. Для этого достаточно изменить предыдущую схему следующим образом:

Рисунок 4 - Схема использования ключа К249KHIA

для коммутации аналоговых сигналов

-тумблер S1 замкнуть, S2 – разомкнуть;

-источник постоянного напряжения U_ВХ переключить на гнезда питания Е_ПИТ генератора импульсов G₂, который находится в макете;

-выход генератора импульсов подключить к управляющему входу ключа;

-вместо вольтметра Р₃ параллельно резистору R₂ включить осциллограф;

-на вход синхронизации осциллографа подать напряжение синхронизации («синхр») с генератора G₂;

-с генератора G₁ подать напряжение U_Г = 4В с частотой 1 кГц;

-установить напряжение U_ВХ = 8 В;

-получить и зарисовать осциллограммы напряжений:

а) на выходе генератора G₁;

б) на выходе генератора G₂;

в) на резисторе R₂.

6.5 Содержание отчета

-все необходимые схемы, формулы, расчеты, таблицы и графики;

-выводы.