ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ
И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Лабораторный практикум
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом
федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
Новочеркасск
ЮРГТУ(НПИ)
УДК 621.38 (076.5)
Рецензент – канд. техн. наук А.Я. Шкарупин
Григорьян С. Г.
Оптоэлектронные средства передачи и обработки информации: Лабораторный практикум: учебно-методическое пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2012. 51 с.
Приведены методические указания к лабораторным работам по системам дистанционного управления, диодным и транзисторным оптопарам, узлам гальванической развязки, солнечным элементам, волоконно-оптическим системам передачи, оптическим накопителям. Даны краткие сведения из теории, описания лабораторных стендов и контрольные вопросы.
Для студентов, обучающихся по специальности 21010665 «Промышленная электроника» и направлению 210100 «Электроника и наноэлектроника» профиля «Промышленная электроника»
ã Южно-Российский государственный
технический университет (НПИ), 2012
ã Григорьян С. Г., 2012
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧАХ.. 4
Лабораторная работа № 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИОДНЫХ ОПТОПАР. 10
Лабораторная работа № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ ОПТОПАР
И ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ РЕЛЕ. 15
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ УЗЛОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ
РАЗВЯЗКИ НА ОПТРОНАХ.. 22
Лабораторная работа № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.. 27
Лабораторная работа № 6
ИЗУЧЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ.. 30
Лабораторная работа № 7
ИЗУЧЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ НАКОПИТЕЛЕЙ.. 40
Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ИНФРАКРАСНЫХ ЛУЧАХ
Цель работы: познакомиться с принципом действия, схемными решениями и эксплуатационными характеристиками систем дистанционного управления на инфракрасных лучах.
Пояснения к работе
В бытовой радиоаппаратуре широко применяются системы дистанционного управления на инфракрасных (ИК) лучах. При всем разнообразии этих систем, в основе их работы лежат одни и те же принципы. В лабораторной работе исследуется серийная система дистанционного управления телевизором, позволяющая переключать каналы, регулировать яркость, контрастность и насыщенность изображения, изменять громкость звукового сопровождения, включать и выключать телевизор.
 |
В состав системы (рис. 1) входят автономный пульт дистанционного управления (ПДУ), приемник инфракрасного излучения и модуль дистанционного управления (МДУ). Приемник ИК излучения и МДУ встроены в корпус приемного модуля.
Рис. 1. Функциональная схема системы дистанционного управления
Пульт дистанционного управления предназначен для формирования в соответствии с командами управления электрических сигналов, их усиления и преобразования в модулированные двоичным кодом импульсы ИК излучения. Длительности импульсов постоянны и составляют 10 мкс. Модуляция происходит путем изменения интервала времени между импульсами: логическому 0 соответствует интервал времени, равный одному периоду тактовой частоты Т = 100 мкс, а логической 1 – интервал удвоенной длительности 2Т. Каждая команда передается с помощью 14 импульсов. Структура кодовой комбинации показана на рис. 2.
  |
Приемник ИК излучения преобразует оптический сигнал в электрические импульсы, поступающие на вход МДУ.
Модуль дистанционного управления обеспечивает дешифрацию команд, поступающих с приемника ИК излучения, и формирование сигналов управления телевизором: цифровых – для переключения программ; аналоговых – для плавного изменения яркости, насыщенности и контрастности. При включении нужной программы на соответствующем цифровом выходе МДУ формируется сигнал логической 1, о чем свидетельствует свечение одного из светодиодов «Программы» на панели приемного модуля.
Сигналы на аналоговых выходах МДУ представляют собой постоянные напряжения, дискретно изменяемые в диапазоне от 0 до +8,5 В (63 ступени дискретизации). Эти напряжения формируется из последовательности прямоугольных импульсов с управляемой скважностью. В зависимости от принятой команды отношение длительности импульсов к интервалу между ними может ступенчато изменяться. Преобразование этого модулированного импульсного сигнала в постоянные напряжения, используемые для регулирования яркости, контрастности и других параметров осуществляется с помощью интегрирующих RC-цепей. В лабораторном стенде задействованы только выходы регулировки яркости, насыщенности и контрастности. Для контроля напряжений на этих выходах к ним с помощью переключателя S21 поочередно подключается стрелочный индикатор V1.
Рассмотрим пульт дистанционного управления и приемник ИК излучения более подробно. В ПДУ используется специализированная микросхема D1 типа КР1506ХЛ1 (рис. 3).
 |
Рис. 3. Схема пульта дистанционного управления
При нажатии одной из кнопок S1…S20 на базу транзистора VT1 с выхода микросхемы D1 подается определенная последовательность электрических импульсов. Например, команде “включение 1 программы” соответствует код данных 010000, команде “увеличение громкости” – 101110 и т. д. Микросхема КР1506ХЛ1 позволяет формировать до 1024 различных команд, которые подразделяются на 16 групп по 64 команды в каждой. Выбор группы производится уровнями напряжений на входах установки адреса.
В микросхеме D1 предусмотрены меры, исключающие возможность сбоя при неправильном обращении с клавиатурой и плохом контакте в кнопках S1…S20. Через каждые 130 мс после нажатия кнопки производится автоматический контроль входов управления. Если замкнутыми оказываются более одной кнопки, работа блокируется, и команда на выходе не появляется. Предусмотрена также защита от дребезга контактов. Передача команды не производится, если контакты кнопки замкнуты менее 20 мс. Если контакты были замкнуты более 20 мс, команда передается до конца, даже если во время передачи контакт был нарушен. При длительном нажатии на кнопку передача соответствующей команды повторяется через каждые 30 мс.
На транзисторах VT1, VT3, VT4 собран усилитель мощности, нагрузкой которого являются светодиоды VD3…VD5, а на транзисторе VT2 – удвоитель напряжения. Необходимость применения усилителя мощности вызвана тем, что выходной каскад D1 способен отдавать в нагрузку ток не более 10 мА, а для получения требуемой дальности действия ПДУ через излучающие диоды VD2…VD4 должен протекать импульсный ток около 1 А.
Характерной особенностью усилителя является то, что в отсутствие входного сигнала все его транзисторы закрыты. Ток, потребляемый усилителем в этом режиме, определяется только токами утечки конденсаторов С1, С2 и не превышает 50 мкА. Это обеспечивает минимальный разряд батареи в режиме ожидания. Пока командные кнопки S1…S20 не нажаты, а также в паузах между импульсами, конденсаторы С1, С2 заряжаются через резисторы R2, R6 до напряжения, близкого к напряжению батареи G1 (9 В). При этом транзисторный ключ VT2 закрыт.
При нажатии одной из кнопок на пульте, положительные импульсы на выходе 5 DD1 открывают транзисторы VT1, VT3. С эмиттера транзистора VT3 снимается сигнал для управления источником тока на транзисторе VT4, а с коллектора – сигнал для управления ключом VT2. Транзисторный ключ открывается, и конденсаторы С1, С2 оказываются подключенными последовательно через открытые эмиттерный и коллекторный переходы VT2. В результате к выходному каскаду на транзисторе VT4 прикладывается почти удвоенное напряжение (18 В). Диод VD1 препятствует разрядке конденсатора С2 через источник питания и резистор R2. Поскольку энергия для создания импульсов излучения берется от накопительных конденсаторов С1, С2, влияние разряженности батареи G1 существенно снижается.
 |
Принципиальная схема приемника инфракрасного излучения показана на рис. 4. Для преобразования ИК излучения в электрический сигнал используется фотодиод VD1. При облучении фотодиода модулированным ИК излучением, через него протекает ток, совпадающий по форме с входным оптическим ИК сигналом.
Рис. 4. Принципиальная схема приемника ИК излучения
Сигнал с коллектора транзистора VT1 усиливается по току эмиттерным повторителем на транзисторе VT2, после чего поступает на усилитель напряжения на транзисторах VT3, VT4. Выделенный на резисторе R11 импульсный кодовый сигнал через разделительный конденсатор C4 поступает на ограничитель VT5, VD2, необходимый для селекции сигнала на фоне шумов и помех с амплитудой ниже порогового значения. Резистор R12 и диод VD12 обеспечивают закрывание транзистора VT5 в отсутствие кодированного сигнала.
Транзистор VT1 является динамической нагрузкой фотодиода и предназначен для компенсации влияния фонового излучения, создаваемого солнцем, осветительными приборами и т. д. Сигнал отрицательной частотно-зависимой обратной связи, пропорциональный низкочастотному фоновому излучению, выделяется фильтром нижних частот на элементах R7, C2, R6 и R4, C1, R3 и поступает на базу транзистора VT1. Частота среза фильтра выбрана достаточно низкой, поэтому коэффициент усиления импульсов информационного сигнала при этом практически не снижается.
Программа работы
1. Изучить устройство и принцип действия системы дистанционного управления на инфракрасных лучах.
2. Проверить работу пульта дистанционного управления.
3. Исследовать функционирование системы при различном взаимном расположении пульта дистанционного управления и приемного модуля.
4. Определить время изменения аналогового сигнала на одном из выходов МДУ от минимального до максимального значения.
5. Оценить проникающую способность ИК излучения сквозь преграды.
Описание лабораторного стенда
В состав лабораторного стенда входят пульт дистанционного управления, приемный модуль (рис. 1) и универсальный блок питания. На верхней панели приемного модуля установлены 8 светодиодов VD5…VD12 и стрелочный индикатор, который с помощью галетного переключателя S21 можно поочередно подключать к каждому из трех аналоговых выходов МДУ.