Оптроны – современные приборы управления. Часть 5

Несколько слов о быстродействии

Оптроны позволяют управлять входами и выходами устройств передачи информации по проводным линиям, применяются для управления элементами цепей защиты от перегрузки источников питания, осуществляют гальваническую развязку каналов фазовых детекторов. Важной характеристикой оптронов при использовании в этих электронных устройствах является ограничение передачи сигналов по частоте. Одни типы этих приборов предают сигналы с частотами до 35 Гц, другие до 10 МГц. Низкочастотные и высокочастотные оптроны помогают конструктору современных приборов решить множество специфических проблем, возникающих при разработке схем приёма и обработки данных с различными скоростями. Ограничение быстродействия оптрона вызвано физическими свойствами его электрооптических элементов. Свойство оптрона пропускать сигналы с высокой скоростью способствует повышению характеристик, расширению области применения прибора на основе оптронов, одним словом, чем выше быстродействие, тем лучше, но не всегда это так. При передаче сигналов с частотами 1…20 Гц по длинной проводной линии на вход прибора будут поступать помехи. Если линия передачи информации находится в условиях интенсивных электромагнитных помех, то здесь выручит снижение чувствительности входа оптрона. Чем больше ток включения светодиода оптрона, тем меньше вероятность, что помеха наведёт в линии ток способный исказить сигнал. Если с этой проблемой можно бороться снижением чувствительности входа оптрона, то ликвидировать полностью в полезном сигнале "дребезг" контактов механического передающего устройства не удастся.

На схеме изображено подключение контактов датчика прибора подсчёта ресурса автоматических дверей. По линии протяжённостью 10…40 м сигнал поступает на вход приёмника дискретных сигналов. На входе установлено оптореле К449КП5Р. Питание входного светодиода оптореле и внутренней схемы принимающего прибора осуществляется от разных источников питания. Явление "дребезга" контактов встречается в сигналах, передаваемых электромагнитными реле, кнопками, герконами и в любых компонентах, имеющих механические контакты и выражается в формировании в начале и конце полезного импульса множества небольших пиков из-за микроразрядов между механическими контактами. При приёме сигналов с контактов механического датчика проблема отделения полезного сигнала от дребезга решается использованием двух контактов работающих на переключение, использованием двух проводов для передачи одного сигнала и применением на входе прибора триггерной схемы. А если второго контакта на переключение нет ? Выходом из сложившейся ситуации может служить применение низкочастотного оптореле. При изменении уровня сигнала на входе оптрона изменение уровня сигнала на выходе происходит с задержкой. Чем больше задержка, тем ниже частота сигналов, которые может пропустить оптрон, а значит, высокочастотный дребезг не будет передан с входа оптрона на выход.

Время включения и время выключения оптрона ограничивают частоту передачи сигнала через оптрон. В приведённом примере если длительность импульса тока будет меньше времени включения, то напряжение на выходе не успеет достигнуть уровня нуля и импульс низкого уровня не будет сформирован. Это недопустимо при передаче сигналов более высоких частот, свободных от дребезга.

При передаче информации оптроны используются в качестве элементов связи. Их применение позволяет осуществить весьма эффективную гальваническую развязку устройств управления и нагрузки, действующих в различных электрических условиях и режимах. С введением оптронов повышается помехоустойчивость каналов связи, устраняются "паразитные" взаимодействия по цепям "земли" и питания.

С успехом находят применение опторазвязанные логические элементы в электронных модулях обработки аналоговых сигналов, построенные на базе микроконтроллеров и быстродействующих преобразователей сигналов из аналоговой формы представления в цифровую. Особенностью построения модулей измерения уровня сигналов величиной от нуля до нескольких вольт, является использование всех мер борьбы с помехами, в противном случае точно измерить напряжение малого сигнала уровнем несколько милливольт невозможно. Одной из мер борьбы с помехами является питание участка схемы, содержащего быстродействующее АЦП от отдельного гальванически развязанного источника питания. Для полной гальванической изоляции выходной цифровой сигнал АЦП нужно передавать на вход микроконтроллера через опторазвязанные логические элементы. Для решения этой задачи применяются оптроны 293ЛП6Р позволяющие передавать информацию с высокой скоростью. Повышение быстродействия оптрона можно добиться увеличением тока, протекающего через светодиод. Выходы микросхемы АЦП, являющейся источником сигнала могут не обеспечить требуемый ток. Тогда применяется усилитель также обладающий необходимым быстродействием.

Приведённая схема обеспечивает уверенную передачу сигнала с частотой 24 КГц и сигнала несущего информацию логическим уровнем. В качестве усилителя применён высокочастотный транзистор 2Т363А или КТ363А. В высокоскоростном канале сопротивление резистора в цепи эмиттера транзистора составляет 22 Ом.

Входная часть схемы питается от источника двухполярного питания. Для обеспечения наилучшего режима работы транзисторов, светодиоды оптрона и коллекторы транзисторов подключены к разным плечам источника питания. Выходы 293ЛП6Р представляют собой 2 логических элемента с общими линиями питания. Непременным условием уверенной работы такой схемы является установка конденсаторов, поглощающие шумы по линиям питания выходных логических элементов оптрона. Конденсаторы следует устанавливать на печатной плате как можно ближе к корпусу компонента 293ЛП6Р. Электролитический конденсатор обладает емкостью 10 мкФ и многослойный неполярный 1 мкФ, оба конденсатора должны обладать минимальным уровнем тангенса угла потерь. Можно заменить два этих конденсатора на один относящийся к классу HI-CAP, емкостью 10 мкФ.

Автор: Платон Константинович Денисов, г. Симферополь simferopol1970@gmail.com