RIEDL 4.EB – 11 – 1/8
1.Zadání a) Změřte převodní charakteristiku optočlenu WK16321 U2=f(If) b) Ověřte přesnost obdélníkových impulzů o kmitočtu 100Hz a 10kHz při proudu vysílače 0,3Ifmax a 0,9Ifmax c) Určete mezní kmitočet při proudu vysílače 0,3Ifmax a 0,9Ifmax. Kriterium měřeného kmitočtu je pokles amplitudy impulzu o 10% d) Napájení optočlenu 5V, vstupní impulzy úrovní TTL. Zatěžovací odpor přijímače volte 2 – 10kΩ e) Nakreslete a okótujte tvary impulzů změřených podle bodu b) a c).
2.POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem je optočlen WK16321. Optočlen jsme napájeli napětím 5V. Maximální katalogová hodnota protékajícího proudu diodou je Ifmax = 50mA, maximální katalogová hodnota protékajícího proudu kolektorem tranzistoru je Icmax = 20mA.
3.TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřený předmět je optočlen (optron), je to elektronická 1 5 součástka, kde se signál z jedné strany na druhou přenáší pomocí světla, to znamená, že mezi vstupem a výstupem není žádné elektrické vedení nebo-li vstup a výstup prvku jsou od sebe galvanicky odděleny. 2 4 Vysílačem je v našem případě svítivá dioda LED a přijímačem je fototranzistor viz obrázek. Připojíme-li na tranzistor zdroj napětí a diodou nebude protékat žádný proud, bude na výstupu tj. na kolektoru tranzistoru právě připojené napětí, protože tranzistor bude zavřen a nebude přes něj protékat žádný proud. Připojíme-li na diodu zdroj proudu a budeme do ní pouštět proud, bude se napětí na kolektoru měnit v závislosti na protékajícím proudu diodou, čím větší proud bude diodou protékat, tím více bude dioda svítit a tranzistor se bude více otevírat, poteče přes něj větší proud a na kolektoru bude mít menší napětí a obráceně, to znamená, že čím větší proud pustíme do diody, tím větší proud bude protékat i tranzistorem. 3.2 ROZBOR MĚŘÍCÍ METODY Převodní charakteristiku měříme tak, že zvětšujeme proud, tekoucí do diody a zapisujeme napětí, které je na kolektoru tranzistoru v optočlenu. Odpory RD a RC vypočítáme, z maximálního proudu, který
RIEDL 4.EB – 11 – 2/8
poteče do diody, a maximálního napětí, které bude připojeno na diodě a tranzistoru. Přesnost obdélníkového impulzu měříme tak, že přivedeme na diodu, obdélníkové impulzy o hodnotě napětí TTL což je 5V. Z generátoru půjdou tyto impulzy ještě přes zesilovač, protože generátor není schopen dodat takový výkon. Impulzy budeme měřit na osciloskopu. Mezní hodnoty kmitočtu se měří zvětšováním kmitočtu, dokud nám amplituda nepoklesne o 10%.
4. SCHÉMA ZAPOJENÍ Schéma č.1 Měření převodní charakteristiky A1 RD
RC
5V
U 1
5 V
2
A
B
4
Schéma č.2 Ověření obdélníkových impulzů.
RD 1
RC
5V
5
A
1
14 7407 7
2 2
4
B
RIEDL 4.EB – 11 – 3/8
A1 – ampérmetr V – voltmetr A,B – vstupy osciloskopu U – zdroj napětí RD – odpor RC - odpor
5.POSTUP MĚŘENÍ Měření převodní charakteristiky a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č. 1 b) Nastavte požadovaný proud do diody c) Přečtěte údaj na voltmetru a zapište jej do tabulky. d) Pokračujte pro další požadovanou hodnotu proudu od bodu b) Ověření přesnosti obdélníkových impulzů a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č. 2 b) Vypočtěte odpor RD podle požadované velikosti proudu tekoucího do diody c) Nastavte na generátoru požadovaný kmitočet d) Překreslete si impulz ze stínítka osciloskopu a okótujte e) Pokračujte pro další požadovanou hodnotu kmitočtu od bodu c). Pokud jste již změřili všechny požadované kmitočty, pokračujte pro další hodnotu proudu od bodu b) Měření mezního kmitočtu a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení č. 2 b) Vypočtěte odpor RD podle požadované velikosti proudu tekoucího do diody c) Na generátoru zvyšujte kmitočet, dokud se amplituda impulzu nezmenší o 10% d) Překreslete si impulz ze stínítka osciloskopu a okótujte e) Pokračujte pro další požadovanou hodnotu proudu do diody od bodu b)
6.TABULKY VYPOČTENÝCH A NAMĚŘENÝCH HODNOT Tabulka č. 1 Převodní charakteristika Ivst (mA) Uvýst (V)
0 5
5 4,38
10 3,55
15 2,69
20 1,93
25 1,33
Ivst (mA) Uvýst (V)
30 1,135
35 1
40 0,909
45 0,827
50 0,747
---------
RIEDL 4.EB – 11 – 4/8
Tabulka č.2 Určení mezního kmitočtu ID 0,3Ifmax f (kHz) ------
0,9Ifmax 124
Ivst – vstupní proud Uvýst – výstupní napětí f – mezní kmitočet ID – proud tekoucí diodou
7.GRAFY Viz příloha
8.SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTOJŮ Značka
Název a typ přístroje
Výrobní číslo
U V A1 A,B
Regulovatelný zdroj STATRON TYP-2229 Digitální voltmetr GDM-8145 Digitální ampérmetr GDM-8145 Osciloskop OS-5020 KADET-IITM
0412103 CF860222 C190080 503109 9507008017
9.ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit převodní charakteristiku, ověřit přenos obdélníkových impulzů a zjistit mezní kmitočet optočlenu WK16321. Měření převodní charakteristiky se obešlo bez problémů. V teoretickém rozboru je napsáno, že napětí na výstupu optočlenu se zmenšuje se zvětšujícím se proudem, který protéká diodou, toto potvrzují naměřené hodnoty i graf z nich sestrojený. Při ověření přenosu obdélníkových impulzů se však vyskytl problém. Při proudu diodou 0,3Ifmax byl proud diodou tak malý, že se optočlen téměř neotevíral. Vypadalo to jako chyba, vzhledem k tomu, že nebyla k nalezení žádná chyba v zapojení, zkusili jsme změřit optočlen pro proud 0,9Ifmax a otevíral se v pořádku, což nás přesvědčilo o tom, že stav při proudu 0,3Ifmax byl správný, avšak hledání chyby zabralo tolik času, že již nebylo možné doměřit zbytek úlohy. Pro proud 0,9Ifmax je při 100Hz obdélník v nezměněném stavu. Při kmitočtu 10kHz je však obdélní už velmi nepřesný. Toto je dáno tím, že se dioda nestačí rozsvěcet a zhasínat dostatečně rychle, má moc dlouhou dobu dosvitu. Maximální změřený kmitočet při tomto proudu je 124kHz.
RIEDL 4.EB – 11 – 5/8
PŘEVODNÍ CHARAKTERISTIKA OPTOČLENU WK16321 UVÝST (V)
Ivst (mA)
RIEDL 4.EB – 11 – 6/8
PŘENOS OBDÉLNÍKOVÉHO IMPULZU PŘI KMITOČTU 100Hz PŘI 0,9Ifmax
U (V)
t (ms)
RIEDL 4.EB – 11 – 7/8
PŘENOS OBDÉLNÍKOVÉHO IMPULZU PŘI KMITOČTU 10kHz PŘI 0,9Ifmax
U (V)
t (µs)
RIEDL 4.EB – 11 – 8/8
PŘENOS OBDÉLNÍKOVÉHO IMPULZU PŘI MEZNÍM KMITOČTU 124kHz PŘI 0,9Ifmax
U (V)
t (µs)
