光电耦合开关实验.docx
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光电耦合开关实验.docx
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光电耦合开关实验
中国石油大学传感器实验报告成绩:
班级:
姓名:
同组者:
教师:
光电耦合传感器实验
【实验目的】
1、了解光开关(反射式、对射式)的工作原理及其特性
2、了解并掌握使用光开关测量转速的原理及方法
【实验原理】
1、光电耦合器件:
对射式光电耦合器:
项目
符号
测试条件
最小
典型
最大
单位
输入
正向压降
VF
IF=20mA
-
1.25
1.5
V
反向电流
IR
-
-
-
10
uA
集电极暗电流
Icco
VCE=20V
-
-
1
uA
输出
集电极亮电流
IL
VCE=5VIF=8mA
0.4
-
-
mA
饱和压降
VCE
IF=8mA
IC=0.15mA
-
-
0.4
V
传输特性
响应时间
Tr
IF=8mAVCE=5\
-
10
-
uS
Tf
RC=100欧
-
10
-
uS
反射式光电耦合器:
项目
符号
测试条件
最小
典型
最大
单位
输入
正向压降
VF
IF=20mA
-
1.25
1.5
V
反向电流
IR
-
-
10
uA
集电极暗电流
Icco
VCE=20V
-
-
1
uA
输出
集电极亮电流
IL
VCE=5VIF=8mA
0.5
-
-
mA
饱和压降
VCE
IF=8mA
IC=0.15mA
-
-
0.4
V
传输特性
响应时间
Tr
IF=8mAVCE=5V
-
10
-
uS
Tf
RC=100欧
-
10
-
uS
2、转盘转速:
0〜2400RPM
3、工作电源220V/50HZ
【实验装置】
2、2#迭插头对(红色,50cm)10根
3、2#迭插头对(黑色,50cm)10根
4、三相电源线1根
5、实验指导书1本
6、合格证1份
7、保修卡1份
8、金属压块1只
【实验内容】
实验一对射式光开关实验(非调制)
实验准备:
打开箱盖、接好电源线、“电机调速旋钮”逆时针至最小
1)对射式光耦安装在电机左侧,上半部是发射二极管,下半部是接收三极管,它通过电机转盘
上的圆孔接收到发射二极管的发射光而产生电信号,因发射/接收均采用红外光,所以人的眼
睛是看不到的。
2)按电路符号把对射式光耦接入电机右侧的转换电路中,注意二极管、三极管的极性,NC1是发
射二极管的限流电位器、可控制发光强度,NC2是接收三极管的I(光电流)/V(电压)转换
电位器、可调节输入信号的大小,转换电路由二级工作在共发射极开关状态的晶体管组成。
3)将NC1调至最小(发射二极管发光强度最大),NC2调至最大(接收三极管的\N转换最大)。
按下红色电源开关,用手轻轻拨动电机转盘,注意观察转换电路上的发光二极管状态,当光
路被转盘遮挡时发光二极管状态如何?
当光路因转盘上的圆孔而导通时发光二极管状态又如何?
(试分析一下电路)
4)保持NC1不变,拨动电机转盘使发光二极管亮起,调节NC2(减小),转换电路上的发光二极
管会熄灭,这说明了什么?
用其它较强光源照射一下对射式光电开关,发光二极管状态有变
化吗?
这说明了什么?
5)保持NC2(最大)不变,拨动电机转盘使发光二极管亮起,调节NC1(增大),转换电路上的
发光二极管会熄灭(说明了什么?
)。
实验二反射式光开关实验(非调制)
1)反射式光耦安装在电机右侧下部,发射二极管与接收三极管在同一面上,发射二极管发出的
光射到电机转盘(无圆孔部分)上,其反射光会被接收三极管接收而产生电信号,因发射/
接收均采用红外光,所以人的眼睛是看不到的。
2)按电路符号把反射式光耦接入电机右侧的转换电路中,注意二极管、三极管的极性,NC1是
发射二极管的限流电位器可控制发光强度,NC2是接收三极管的I(光电流)/V(电压)转
换电位器、可调节输入信号的大小,转换电路由二级工作在共发射极开关状态的晶体管组成。
3)将NC1调至最小(发射二极管发光强度最大),NC2调至最大(接收三极管的\N转换最大),按下红色电源开关,用手拨动电机转盘,注意观察转换电路上的发光二极管状态,当发射二极管的发射光无转盘遮挡从圆孔中直射出来(无反射)时,发光二极管状态如何?
当发射光因转盘遮挡产生反射而被接收三极管接收时,发光二极管状态又如何?
4)保持NC1不变,拨动电机转盘使发光二极管亮起,调节NC2(减小),转换电路上的发光二
极管会熄灭,这说明了什么?
5)保持NC2(最大)不变,拨动电机转盘使发光二极管亮起,调节NC1(增大),转换电路上的
发光二极管会熄灭,说明了什么?
6)保持NC2最大,用手拨动电机转盘,使反射式光电开关端面从转盘上的圆孔中露出来,用其
它光源照射一下反射式光电开关,发光二极管状态有变化吗?
这说明了什么?
实验三光电调制实验
1)在实验一、实验二中,发射二极管由单一直流供电,发光强度是恒定的,如果光电开关靠得
较近,多个发射二极管工作时,接收三极管便可受到任意一个发射二极管的光干扰,光开关
将无法工作,同时外界环境光对接收三极管也有较大的影响,根本无法在外界使用。
2)光电调制就是在光源(发射二极管)的直流供电基础上加了一个可变频率的交流激励信号,
使发射二极管的发光强度按一定的频率变化。
3)按电路符号把对射式光耦中的“发射二极管”接入电机下方的调制电路,按下红色电源开关,
调节“调制频率旋钮”,用示波器观察
(1)调制电路振荡器输出信号波形
(2)发射二极管正、负端的信号波形。
注意示波器一端接地。
4)分析两个信号有什么异同点,各自说明了什么?
是直流、交流还是交直流信号?
实验四锁相环解调实验
1)接实验三,按电路符号把对射式光耦中的“接收三极管”接入电机下方的解调电路,用手拨
动电机转盘,使接收三极管可以通过电机转盘上的圆孔接收到发射二极管的发射光。
2)调节锁相环“中心频率”旋钮逆时针至最小,按下红色电源开关,注意观察解调电路上的
发光二极管(亮起),用示波器观察接收三极管的发射极电压波形,确定三极管已收到发射光。
顺时针仔细调节“中心频率”旋钮,注意观察解调电路上的发光二极管,当锁相环的
中心频率与调制频率基本一致时,信号可以通过锁相环,锁相环输出一低电平,发光二极管
熄灭。
3)改变调制频率,发光二极管随即亮起,再次仔细调节“中心频率”旋钮发光二极管再次熄
灭。
实验五对射式光开关实验(调制)
1)接实验四第(3)步,用手拨动电机转盘,注意观察解调电路上的发光二极管,当光路被转
盘遮挡时发光二极管状态如何?
当光路因转盘上的圆孔而导通时发光二极管状态又如何?
2)用手拨动电机转盘,使转盘上的圆孔对准对射式光耦,用其它光源照射一下对射式光电开关,
对解调电路上的发光二极管状态有干扰吗?
并与实验一(4)的结果进行比较。
3)改变“调制频率”或“中心频率”,用手拨动电机转盘,观察解调电路上的发光二极管状态
有变化吗?
。
实验六反射式光开关实验(调制)
1)按电路符号把反射式光耦中的“发射二极管”接入电机下方的调制电路,注意二
极管极性。
2)按电路符号把反射式光耦中的“接收三极管”接入电机下方的解调电路,注意三极
管极性。
3)用手拨动电机转盘,使反射式光耦端面避开转盘上的圆孔(有反射光产生),按下
红色电源开关,仔细调节“中心频率”旋钮,当锁相环的中心频率与调制频率基本一致时,信号可以通过锁相环,锁相环输出一低电平,发光二极管熄灭
4)用手拨动电机转盘,注意观察解调电路上的发光二极管状态,当发射二极管的发射
光因转盘上的圆孔而直射出来(无反射)时,发光二极管状态如何?
当发射光因转盘遮挡产生反射而被接收三极管接收时,发光二极管状态又如何?
5)用手拨动电机转盘,使反射式光耦端面从转盘上的圆孔中露出来,用其它光源照射
一下反射式光电开关,它对解调电路上的发光二极管状态有干扰吗?
并与实验二(6)的结
果进行比较。
6)改变“调制频率”或“中心频率”,用手拨动电机转盘,观察解调电路上的发光二
极管状态(有变化吗?
)。
实验七对射式光开关转速测量实验
1)对射式光耦安装在电机左侧,上半部是发射二极管,下半部是接收三极管,它通过电机转盘
上的圆孔可接收到发射二极管的发射光而产生电信号,因发射/接收均采用红外光,所以人
的眼睛是看不到的。
2)按电路符号把对射式光耦接入电机右侧的转换电路中,注意二极管、三极管的极性,NC1是
发射二极管的限流电位器、可控制发光强度,NC2是接收三极管的I(光电流)/V(电压)
转换电位器、可调节输入信号的大小,转换电路由二级工作在共发射极开关状态的晶体管组成。
3)将NC1调至最小(发射二极管发光强度最大),NC2调至最大(接收三极管的\N转换最大),第二级晶体管输出接入频率/转速表(集电极接“+”),频率/转速表置“转速”位。
4)按下红色电源开关,调节“转速旋钮“启动电机,转速稳定后读出频率/转速表的数据(单
位是什么?
),同时观察第一级晶体管集电极上发光二极管的闪烁,调节转速旋钮调慢电机转速,转速稳定后再次读出频率/转速表的数据并观察第一级晶体管集电极上发光二极管的闪烁,与前次相比有何不同?
说明了什么?
5)将频率/转速表置“频率”位,读出频率/转速表的数据,根据“转速”、“频率”的单位概念及转盘上的圆孔数目,计算出转速值。
实验八反射式光开关转速测量实验
1)反射式光耦安装在电机右侧下部,发射二极管与接收三极管在同一面上,当发射二极管发出的光射到电机转盘(无圆孔部分)上,其反射光会被接收三极管接收而产生电信号,因发射/接收均采用红外光,所以人的眼睛是看不到的。
2)按电路符号把反射式光耦接入电机右侧的转换电路中,注意二极管、三极管的极性,NC1
是发射二极管的限流电位器可控制发光强度,NC2是接收三极管的I(光电流)/V(电
压)转换电位器、可调节输入信号的大小,转换电路由二级工作在共发射极开关状态的晶体管组成。
3)将NC1调至最小(发射二极管发光强度最大),NC2调至最大(接收三极管的I/V转换最大),第二级晶体管输出接入频率/转速表(集电极接“+”,频率/转速表置“转速”
位。
4)按下红色电源开关,调节转速旋钮启动电机,转速稳定后读出频率/转速表的数据(单
位是什么?
),同时观察第一级晶体管集电极上发光二极管的闪烁,调节转速旋钮调慢
电机转速,转速稳定后再次读出频率/转速表的数据并观察第一级晶体管集电极上发光
二极管的闪烁,与前次相比有何不同?
说明了什么?
5)频率/转速表置“频率”位,读出频率/转速表的数据,根据“转速”、“频率”的单位概念及转盘上的圆孔数目,计算出转速值。
实验九光音频调制/解调实验(对射式光耦)
1)按电路符号把对射式光耦中的“发射二极管”接入仪表右下方的音频调制电路,注意二极
管极性。
2)按电路符号把对射式光耦中的“接收三极管”接入仪表右下方的音频调制电路,注意三极管
极性。
用手拨动电机转盘,使转盘上的圆孔对准对射式光耦,把“音量”旋钮逆时针至最
小。
3)将话筒插入音频调制电路的输入插座中,慢慢调节“音量”旋钮”同时对话筒讲话或播放
音乐(声音一定要轻)直到喇叭有声音。
4)用示波器观察接收三极管发射极信号波形,调节“失真度”旋钮”使音频信号失真最小。
此时喇叭声音最佳。
5)用手拨动电机转盘,使转盘上的圆孔避开对射式光耦,喇叭声音发生了怎样的变化?
说明了
什么?
实验十光音频调制/解调实验(反射式光耦)
1)根据实验十,将对射式光耦换成反射式光耦,思考一下该如何调整电路。
【数据记录及处理】
实验1:
(3)当光路被转盘遮挡时,发光二极管熄灭;当光路因转盘上的圆孔而导通时,发光二极管点亮。
电路分析:
当检测到物体时,光电开关所接通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止处于不工作的状态;当检测到物体时,晶体管导通,负载工作。
(4)二极管变暗,熄灭,说明:
输入信号大小决定了晶体管的导通与否。
二极管状态无变化,说明:
晶体管导通与否和光源发光强度无关。
(5)不会
实验2:
(3)无转盘遮挡时,发光二极管处于熄灭状态;转盘遮挡时,发光二极管处于点亮状态。
(4)熄灭(5)不会(6)无变化
实验3:
(3)
实验4:
(2)接收三极管的发射极电压波形:
实验5:
(1)当光路被转盘遮挡时,发光二极管处于点亮的状态;当光路因转盘上的圆孔而导通时,发光二极管处于熄灭的状态。
(2)出现干扰(3)发光二极管状态有变化。
实验6:
(4)无反射时,发光二极管处于点亮的状态;发射光因转盘遮挡产生反射而被接收三极管接收时,发光二极管处于熄灭的状态。
(5)出现干扰(6)发光二极管状态有变化。
实验7:
(4)转速稳定后,读数为1065转/分,调慢电机转速,读数为410转/分;第一级晶体管集电极上的发光二极管的闪烁变慢。
【思考题】
(1)反射式光电开关与对射式光电开关,分别在转盘处于什么位置时产生信号?
反射式光电开关在转盘处于遮挡位置时产生信号;对射式光电开关在转盘处于圆孔位置时,产生信号。
(2)你认为两者哪个使用方便?
我认为对射式光电开关使用更方便,响应时间短,抗光干扰能力强。
【实验总结】
本次实验,我对反射式光电开关和对射式光电开关的工作原理有了一定的认识,以及两者的使用条件,使用时的影响因素,两者的对比。
分别使用反射式光电开关和对射式光电开关测量转速,测出的转速大小均与实际转速大小相差不大。
实验操作时,应该注意外界光源的干扰。
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- 关 键 词:
- 光电 耦合 开关 实验