Лабораторный стенд выполнен в пластмассовом корпусе, на верхней панели которого установлены клеммы для подключения измерительных приборов, переключатели и регулировочные резисторы. На задней стенке корпуса имеется соединитель для подключения к универсальному блоку питания.
Внутри стенда собраны две типовые схемы гальванической развязки: УГР1 – на транзисторных оптопарах, УГР2 – на диодных оптопарах.
Переключателем S2 (рис. 9) на вход УГР1 подаются следующие сигналы:
в положении 1 – постоянное напряжение от 0 до минус 8 В;
в положении 2 – постоянное напряжение от минус 4 до +4 В;
в положении 3 – синусоидальное напряжение от генератора. Частота генератора задается переключателем S1: положение 1 – 30 Гц; положение 2 – 1 кГц; положение 3 – 10 кГц.
УГР1 содержит операционные усилители A1, А2, основную U2 и вспомогательную U1 оптопары. Напряжение на входе А1 определяет силу тока через излучающие диоды этих оптопар, а следовательно, степень открытия фототранзисторов и напряжения на их эмиттерах.
 |
 |
Чтобы сравнить вид характеристики преобразования УГР1 с цепью компенсации нелинейности и без нее, вспомогательная оптопара U1 может отключаться с помощью тумблера S3.
Рассмотрим работу УГР1 с отключенной цепью компенсации нелинейности (переключатель S3 находится в нижнем положении). В этом режиме операционный усилитель А1 работает в режиме повторителя напряжения с коэффициентом усиления, равным единице. Входной сигнал УГР1 через усилитель А1, основную оптопару U2 и усилитель А2 проходит на выход Х3 устройства гальванического разделения. Выходной транзистор оптопары U2, резистор R3 и операционный усилитель А2 питаются от отдельного источника +12V*, гальванически не связанного с источником питания +12 V входной части схемы УГР1.
Рассмотрим работу УГР1 с включенной цепью компенсации нелинейности (переключатель S3 находится в верхнем положении). В этом режиме фототранзистор вспомогательной оптопары U1 включен в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя А1, поэтому коэффициент усиления А1 будет изменяться в зависимости от входного сигнала УГР1. При линейном изменении напряжения на входе А1 ток через излучающие диоды будет изменяться нелинейно, причем эта нелинейность имеет противоположный знак по отношению к нелинейности характеристики преобразования основной оптопары U2. Степень компенсации нелинейности зависит от согласованности характеристик оптопар U1 и U2 и при их идеальном совпадении остаточная нелинейность равна нулю.
Для обеспечения возможности преобразования двуполярных сигналов, через излучающие диоды оптопар создается начальный ток смещения. При этом нулевому значению входного сигнала соответствует некоторое исходное значение силы света излучающих диодов. При увеличении положительного входного сигнала, сила света возрастает. При увеличении отрицательного входного сигнала, сила света уменьшается (не до нуля). Ток смещения выбирается таким образом, чтобы сигналы обеих полярностей преобразовывались с минимальными искажениями. В лабораторном стенде ток смещения обеспечивается за счет сдвига нуля усилителя А1 при переводе переключателя S2 в положения 2 и 3. Для устранения начального сигнала на выходе УГР1 одновременно с этим вводится сдвиг нуля усилителя А2. Точная настройка нуля на выходе УГР1 при отсутствии входного напряжения осуществляется подстроечным резистором, установленным на боковой стенке стенда.
УГР2 собрано по схеме, используемой во многих промышленных готовых модулях. УГР2 содержит операционные усилители А3, А4 и рассчитан на применение диодной дифференциальной оптопары, имеющей один общий излучающий диод и два идентичных фотодиода. С помощью потенциометра R4 на вход А3 подается постоянное напряжение от 0 до минус 8 В. Напряжение с выхода А3 через основную оптопару U3.2 поступает на вход операционного усилителя А4. Питание входной и выходной частей схемы осуществляется от гальванически изолированных источников +12 V и +12 V*.
Оптопара U3.1 (показан только фотодиод) является вспомогательной и обеспечивает линеаризацию характеристики преобразования УГР2. При этом коэффициент усиления А3 и ток через излучающий диод связаны нелинейной зависимостью, обратной по отношению к характеристике преобразования основной оптопары U3.2.
Программа работы
1. Снять характеристики преобразования UВЫХ = f(UВХ) УГР1 при входном сигнале от 0 до минус 8 В с отключенной и включенной цепью компенсации нелинейности.
2. Снять характеристику преобразования UВЫХ = f(UВХ) УГР1 при входном сигнале от минус 4 В до + 4 В.
3. Снять амплитудно-частотную характеристику УГР1.
4. Исследовать работу УГР1 с отключенной цепью компенсации нелинейности при синусоидальном входном сигнале.
5. Снять характеристику преобразования UВЫХ = f(UВХ) УГР2.