光电耦合器件实验报告Word下载.docx
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二、实验内容和原理
实验内容:
1.设计一个实现电平转换电路。
要求输入为0~5V电平信号,对应输出为0~15V的电平转换;
2.设计一个实现电平转换电路。
要求输入为0~5V电平信号,对应输出为15~0V的电平转换;
3.用光电耦合器TLP521设计一个报警电路;
4.模拟信号光电隔离放大电路;
5.光电耦合器的伏安特性测量;
6.测量反相器的最高工作频率或传输速率;
7.测量同相传输电路的最高工作频率或传输速率;
8.测量光耦器件开关特性。
实验原理:
0.隔离放大器
⑴定义:
输入、输出之间没有直接电气关联的放大器。
⑵电路符号:
⑶特点/优势:
减少噪声,共模抑制能力高;
采用两套独立的供电系统,信号在传输过程中没有公共的接地端;
有效保护后续电路不受前端高共模电压的损坏。
⑷应用:
电力电子电路中用于主回路与控制回路的隔离(如电机控制系统中);
测量环境中含有较多干扰和噪声的场合;
生物医学中与人体测量有关的设备(如生物电信号,保证人体安全)。
P.2
光电耦合器件
1.光电耦合方式:
⑴原理:
在电气测量、控制电路中,光电耦合器可实现输入输出的隔离,有效地提高控制系统的抗干扰能力;
实现测试电路与被测试电路之间的隔离能有效的保护测试设备。
光电耦合器已广泛的应用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、
光电耦合器驱动双向晶闸管电路图
2.电平转换电路:
左图为同相传输,右图为反相传输。
其中RF取1kΩ,RL取2kΩ。
3.报警电路:
4.模拟信号光电隔离放大电路:
P.4
5.光电耦合器的伏安特性测量:
6.测量反相器的最高工作频率或传输速率:
7.测量同相传输电路的最高工作频率或传输速率:
P.5
8.测量光耦器件开关特性:
RL=2kΩ,VCC=5V;
IF采用0~5V方波串联250Ω电阻。
三、主要仪器设备
1.ACL-ZD-II型模拟电子技术实验箱;
2.TDS1002C-EDU型数字示波器;
3.LM358集成运放;
4.DG1022U信号发生器;
5.万用表;
6.TLP521-2光电耦合芯片。
四、操作方法和实验步骤
要求输入为0~5V电平信号,对应输出为0~15V的电平转换:
如图连接同相电路,电平信号由+5V直流电压源串联电位器获得,测量输入、输出电压并记录。
要求输入为0~5V电平信号,对应输出为15~0V的电平转换:
如图连接反相电路,电平信号由+5V直流电压源串联电位器获得,测量输入、输出电压并记录。
如图连接电路,输入端分别接入+5V直流电压源串联电位器分压获得+2VDC、1Hz,0-2V方波、相同参数三角波,观察二极管发光情况。
输入直流电压0~3VDC,输出直流电压约为0~3VDC。
(a)3VDC由10kΩ电位器对+5VDC分压获得。
(b)用示波器监视输出电压VO的波形,若有自激振荡现象,则将C增大为2200pF,甚至为0.01µ
F。
⑴反相器—电子开关—非门—反相传输电路—电平转换电路—浮地或浮置,共地。
要求输入为0~5VDC电平信号,对应输出约为15~0VDC的电平转换。
(a)根据测量结果绘制输入伏安特性曲线。
(b)分析RL固定时,R1值应多大才合理?
⑵输出伏安特性测量
(a)根据测量结果绘制输出伏安特性曲线。
(b)分析VCE增大时VF是增大还是减小?
(c)分析VCE增大时CTR值的变化。
⑴输入信号是前沿陡峭的大幅度方波,用示波器监视输入电压波形,使其峰峰值达10Vpp后保持不变。
再增大输入信号的频率,当输出电压波形开始成锯齿波时用示波器测量其峰峰值Vpp、频率。
示波器双踪显示VI、VCE的波形,记录波形可用图片。
分析该反相器的最高工作频率或传输速率应多大才合理?
⑵输入信号是正弦波、三角波信号时,用示波器监视输出电压波形,分析该反相器能否传输正弦波、三角波信号?
⑴设计一个同相传输电路或电平转换电路。
要求输入为0~5VDC电平信号,对应输出约为0~15VDC的电平转换。
分析RL
P.6
固定时,R1值应多大才合理?
⑵输入信号是前沿陡峭的大幅度方波,用示波器监视输入电压波形,使其峰峰值达10Vpp后保持不变。
示波器双踪显示VI、VO的波形,记录波形可用图片。
分析该同相传输电路的最高工作频率或传输速率应多大才合理?
⑶输入信号是正弦波、三角波信号时,用示波器监视输出电压波形,分析该同相传输电路能否传输正弦波、三角波信号?
⑷用示波器测量电流传输特性曲线(电流转移特性曲线):
输入信号是正弦波、三角波信号(低频100Hz以下)时,用示波器双踪显示VR1、VO的波形,再将显示格式改为XY格式,测量电流传输特性曲线,记录波形可用图片。
如图连接电路,用示波器观察输入输出并测量上升时间、下降时间。
五、实验数据记录和处理
1.电平转换电路:
Vi/V
Vo/V
同相
0.017
4.99
14.08
反相
0.015
14.82
5.00
0.532
2.报警电路:
⑴输入端接入+5V直流电压源串联电位器分压获得+2VDC:
0V输入时二极管熄灭,2V时发光;
⑵输入端接入1Hz,0-2V方波:
观察到二极管闪烁;
⑶输入端接入1Hz,0-2V三角波:
观察到二极管闪烁,且二极管发光时间短于接入方波时。
3.模拟信号光电隔离放大电路:
P.7
4.光电耦合器的伏安特性测量:
⑴输入伏安特性测量:
测试条件
实测值
VF(V)
IF(mA)
VCE(V)
IC(mA)
CTR
VI=0V(COM1),R1=250Ω
14.88
0.055
∞
VI=+5V,R1=250Ω
1.179
15.284
0.180
6.736
0.441
VI=+5V,R1=470Ω
1.142
8.209
0.213
6.721
0.819
VI=+5V,R1=1kΩ
1.106
3.894
0.334
6.666
1.712
VI=+5V,R1=2kΩ
1.076
1.962
1.269
6.241
3.181
VI=+5V,R1=5.1kΩ
1.036
0.777
11.11
1.768
2.275
VI=+5V,R1=10kΩ
1.007
0.399
13.78
0.555
1.391
VI=+5V,R1=100kΩ
0.886
0.041
14.87
0.059
1.439
⑵输出伏安特性测量:
VI=+5V、R1=250Ω
VF(V)
RL=100kΩ
1.176
15.296
0.0121
0.150
0.010
RL=5.1kΩ
0.1094
2.920
0.191
RL=2.2kΩ
0.1809
0.440
RL=1kΩ
0.385
14.615
0.955
RL=470Ω
1.171
15.316
1.585
28.543
1.864
RL=220Ω
1.140
15.440
4.70
36.818
3.032
RL=51Ω
(光耦TLP521-2发热)
1.08
15.680
11.95
40.196
2.564
5.测量反相器的最高工作频率或传输速率:
左图为2kHz方波输入,右图为1kHz正弦波输入;
可得下降时间为16.00μs。
P.8
图为1kHz三角波输入。
6.测量同相传输电路的最高工作频率或传输速率:
可得下降时间为24.20μs。
左图为1kHz三角波输入,右图为电流传输特性曲线(电流转移特性曲线)。
P.9
7.测量光耦器件开关特性:
可得tON=22.20μs,tOFF=20.40μs,tS≈0。
六、实验结果与分析
1.输入伏安特性曲线:
由CTR的值可知R1值取2kΩ比较合理。
2.输出伏安特性曲线:
VCE增大时VF减小,CTR先增大后减小。
P.10
3.反相传输速率:
传输速率=0.9×
10.4/16.00=0.585V/μs;
由图像可知,不能传输三角波或正弦波。
4.同相传输速率:
10.2/24.20=0.379338843V/μs;
5.模拟信号光电隔离放大电路:
由图像可知电压传输比在0.9~1.1之间。
6.光耦器件开关特性:
ReferenceValue
MeasuredValue
tON
2μs
22.20μs
tOFF
25μs
20.40μs
tS
15μs
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