Устройство гальванической развязки на оптроне

Задание. На вход оптрона поступает однополярное прямоугольное напряжение частотой f = 1000 Гц с амплитудным значением U _вх.m. К выходу оптрона подключена нагрузка R _н. Выходная цепь оптрона получает питание от источника постоянного напряжения E _ип. Для заданной схемы устройства гальванической развязки (рис. 18) выбрать по справочнику требуемый тип оптрона и рассчитать величину сопротивления R _вх во входной цепи оптрона.

Основные параметры оптронов сведены в табл. 11 и приведены в справочниках [2, 6, 7, 9]. Напряжение источника питания цепи нагрузки E _ип, амплитуда входного прямоугольного напряжения U _вх.m и сопротивление нагрузки R _н приведены в табл. 12.

1) 2)

3) 4)

Таблица 11

Таблица 12

Методические указания. Перечертить схему устройства гальванической развязки. Проанализировать работу схемы и указать направления протекания токов в схеме. В соответствии с заданными входным напряжением U _вх.m, сопротивлением нагрузки и напряжением питания E _ип выбрать по справочнику [2, 6, 7, 9] полупроводниковый оптрон с учётом коэффициента запаса k _зап = 1,1…1,2 по напряжению и по току. Выписать из справочника основные параметры выбранного оптрона: I _вх.maх (мА); U _вх.пр (В); U _{вх.обр.maх} (В); I _вых.maх (мА); U _вых.maх (В); U _{вых.ост} (В); коэффициент передачи тока k_i. Рассчитать величину ограничительного резистора во входной цепи оптопары R _вх = (U _вх.m - U _вх.пр) / I _вх.

Пример решения задачи. В качестве примера решения задачи рассмотрим схему оптронной развязки на транзисторной оптопаре (рис. 19, а). Исходными данными являются: амплитуда входного прямоугольного напряжения U _вх.m = 5 В, сопротивление нагрузки R _н = 250 Oм и напряжение источника питания выходной цепи E _ип = 20 В. На рис. 19, б приведена схема устройства гальванической развязки с указанием направления токов, протекающих через все элементы и падений напряжения на них.

При поступлении на вход схемы положительного импульса напряжения входной диод смещается в прямом направлении и формирует световой поток, который вводит в насыщение выходной фототранзистор. Пренебрегая падением напряжения на выходном транзисторе оптрона в режиме насыщения (т.е. принимая U_{VT вых} = 0), найдём максимальное значение тока нагрузки:

.

Принимая коэффициент запаса по напряжению и току k _зап = 1,2, выберем оптрон из условий:

т.е.

Указанным условиям удовлетворяет транзисторная оптопара 3ОТ127А на основе излучающего диода (соединение галлий-алюминий-мышьяк) и кремниевого фототранзистора. Параметрами оптрона: U _вх = 1,6 В; U _{вых.ост} = 1,5 В; U _{вх.обр.max} = 1,5 В; I _вх.max = 20 мА; I _вых.max = 100 мА; U _вх = 1,6 В; U _из = 1000 В; T _к = 85 ^оС.

Рассчитаем минимально необходимую величину ограничительного резистора во входной цепи оптрона:

,

тогда с учётом небольшого запаса по току из ряда сопротивлений E24 выберем резистор номиналом R _вх = 200 (Ом), что обеспечит защиту входного диода оптопары при отклонениях входного напряжения u _вх от номинального значения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи: Учеб. пособие для вузов / Г.И. Изъюрова, Г.В. Королёв, В.А. Терехов и др. – М.: Высш. шк., 1987. – 335 с.

2. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 744 с.

3. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1988. – 528 с.

4. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 904 с.

5. Транзисторы / Под ред. А.А. Чернышева. – М.: Энергия, 1980. – 144 с.

6. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1988. – 592 с.

7. Аксёнов А.И., Нефёдов А.В. Отечественные полупроводниковые приборы. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 584 с.

8. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник / Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.

9. Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение. – М.: Радио и связь, 1981. – 280 с.

10. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высш. шк., 1991. – 495 с.

11. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: КОРОНА принт, 1998. – 400 с.

12. Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: «Феникс», 2000. – 448 с.

13. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч. 1, 2 / Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. – К.: Выща шк., 1989. – 431 с.

14. Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника: от элементов до устройств. – М.: Радио и связь, 1993. – 352 с.

15. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т. 1. – М.: Мир, 1986. – 598 с.

16. Воробьёв Н.И. Проектирование электронных устройств. Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1989. – 223 с.

17. Основы радиоэлектроники: Учебное пособие / Ю.И. Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев, И.Н. Никитина и др.; Под ред. Г.Д. Петрухина. – М.: МАИ, 1993. – 416 с.

18. Миловзоров В.П. Элементы информационных систем: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1989 – 440 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Образец титульного листа

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Филиал «Севмашвтуз» Санкт-Петербургского государственного

морского технического университета в г.Северодвинске

Факультет № 1 «Кораблестроение и океанотехника»

Кафедра № 11 «Автоматика и управление в технических системах»

Контрольная работа

по дисциплине «Электроника»

Вариант №____

Северодвинск

20____

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов

в схеме с общим эмиттером

КТ3102

КТ315

Продолжение прил. 2

КТ503

КТ605

Продолжение прил. 2

КТ602

КТ814

Продолжение прил. 2

КТ201

КТ312

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов

в схеме с общим истоком

КП103

КП308

Продолжение прил. 3

КП303

КП201