发布时间 : 星期四 文章光电技术综合实验指导-（下）更新完毕开始阅读a5317011ff00bed5b9f31df0
tf表示。
最高工作频率fm、脉冲上升时间tr和下降时间tf都是衡量光电耦合器件动态特性的参数。当用光电耦合器件传送小的正弦信号或非正弦信号时，用最高工作频率fM来衡量较为方便，而当传送脉冲信号时，则用tr和tf来衡量较为直观。
tr、tf与fm一样，也与负载电阻的阻值有关，减小负载电阻可以使光电耦合器获得更高的时间响应特性。
（3）光电耦合器件的伏安特性
光电耦合器件的伏安特性通常指光电耦合器件的输出特性，是光电器件（光电二极管、三极管等）的输出特性，它与光电二极管、三极管的伏安特性相同。如图2.8-4所示为典型光电耦合器的伏安特性。 （4）光电耦合器件的隔离特性
光电耦合器件的隔离特性常用输入与输出间的隔离电压和输入与输出间的绝缘电阻来描述。
① 输入与输出间隔离电压BVCFO
图2.9-4 光电耦合器的伏安特性
光电耦合器的输入（发光器件）与输出（光电接收器件）的隔离特性可用它们之间的隔离电压BVCFO来描素。一般低压使用时隔离特性都能满足要求，在高压使用时，隔离电压成为重要的参数。绝缘耐压与电流传输比都与发光二极管和光敏三极管之间的距离有关，当二者距离增大时，绝缘耐压提高了，但电流传输比却降低了；反之，当两者距离减小时，虽增大了β，但BVCFO却降低了。这是一对矛盾，可以根据实际使用要求来挑选不同种类的光电耦合器件。如果制造工艺得到改善，可以得到既具有很高的β值又具有很高耐压的光电耦合器件。目前，北京光电器件厂生产的光电耦合器件的BVCFO＝500V，采用特殊的组装方式，可制造出用于高压隔离应用的耐压高达几千伏或上万伏的光电耦合器件。
② 输入与输出间的绝缘电阻RFC
光电耦合器隔离特性另一种描述方式是绝缘电阻。光电耦合器的隔离电阻一般在109~1013Ω之间。它与耐压密切相关，它与β的关系和耐压与β的关系一样。
RFC的大小意味着光电耦合器件的隔离性能的好坏。光电耦合器件的RFC一般比变压器原付边绕组之间的绝缘电阻大几个数量级。因此，它的隔离性能要比变压器好得多。北京光电器件厂生产的光电耦合器件绝缘电阻RFC值一般可以达到1011Ω，可耐1kV以上的高压。
(5) 光电耦合器件抗干扰强特性
光电耦合器件之所以具有很高的抗干扰能力，主要有下面几个原因。
① 光电耦合器件的输入阻抗很低，一般为10Ω~1kΩ；面干扰源的内阻都很大，一般为103~106Ω。按一般分压比的原理来计算，能够馈送到光电耦合器件输入端的干扰噪声就变得很小了。
② 由于一般干扰噪声源的内阻都很大，虽然也能供给较大的干扰电压，但可供出的能量却很小，只能形成很微弱的电流。而光电耦合器件输入端的发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，即使是电压幅值很高的干扰，由于没有足够的能量，不能使发光二极管发光，从而被它抑制掉了。
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③ 光电耦合器件的输入—输出边是用光耦合的，且这种耦合又是在一个密封管壳内进行的，因而不会受到外界光的干扰。
④ 光电耦合器件的输入—输出间的寄生电容很小(一般为0.5—2pF)，绝缘电阻又非常大(一般为1011~1013Ω)，因而输出系统内的各种干扰很难通过光电耦合器件反馈到输入系统。
5. 实验步骤：
（1）电流传输比的测量
首先在光电实验平台上找到光电耦合器件的引出端插孔，并将它按图2.9-5所示的电路连接，并用数字电流表分别测量流过发光管的电流ILED和流过光电器件的电流Ip。
电路接好后合上实验平台电源开关，用外接电阻的方式改变电阻RF，记录不同电流ILED下的Ip值，并将其填入表2.9-1。由式（2.9-1）计算出被测光电耦合器的电流传输比β，也将其填入表2.9-1。
ILED IP mA mA 表2.9-1光电耦合器电流传输比测量值 图2.9-5 电流传输比测量电路
β 表2.9-1填满后，将表2.9-1的数值在图2.9-6中找到相应的点，将这些点连起来便是光电耦合器的电流传输比β曲线。由曲线可以看出光电耦合器的电流传输比并非为常数，它与发
（2）测量光电耦合器件的伏安特性
测量光电耦合器件的伏安特性时，将图2.9-5中的电源用阶梯波电源，即将发光二极管的阳极接到实验平台左边画有阶梯波形的插座上。光电耦合器的输出部分电源用锯齿波扫描电压，并以测量电压Uo的方式测量输出电流Ip，改动后的电路如图2.9-7所示。
按图2.9-7电路接好，将光电耦合器的输出信号 U接到实验平台的输入端CH1上。合上实验平台的 电源，执行光电耦合器伏安特性测量软件，在界面上 选定测量条件后，即可进行测量工作（具体测量步骤 可参考实验四光电二极管伏安特性的测量）。计算机 显示屏幕上将显示出与图2.9-4所示图形类似的曲线， 为被测光电耦合器件的输出伏安特性曲线。将光电耦
合器的伏安特性曲线用抓图的方法存入计算机，并填 图2.9-7 光电耦合器伏安特性实验电路
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图2.9-6 光电耦合器电流传输比特性曲线
光电流有关，也与光电三极管的工作状态有关。
入实验报告。
（3）光电耦合器时间响应的测量
光电耦合器时间响应的测量电路如图2.8-8所示，光电耦合器的发光二极管由如图2.8-8所示的脉冲信号源提供，由于发光管的时间响应远远高于光电二极管、三极管，因此，发光二极管发出近似的方波辐射光脉冲，光电三极管在方波辐射作用下的输出信号由于它具有上升时间tr 和下降时间tf，其输出信号Uo将产生延迟。将输入给发光二极管的方波脉冲接到实验平台输入端口CH1端上，用作同步数据采集的同步控制， 输出信号Uo接到实验平台的输入端CH2上，作为被测信号。
接好后，合上实验平台电源，执行光电耦合器时间响应的软件，计算机显示器上将显示出输入脉冲与输出脉冲之间的时间关系，即光电耦合器的时间响应。从曲线可以找到上升时间tr 和下降时间tf。将光电耦合器的时间响应特性曲线用抓图的方法存入计算机，并填入到实验报告。
（4）光电开关的应用实验
将发光二极管和光电三极管组装在一起构成分离型的光电耦合器件常被称为光开关器件或简称为光电开关。利用光电开关可以制造出各种功能的部件如“限位、定位”、等。应用范围非常广泛，利用它还可以测量物体的旋转速度，物体的运行速度，测量物体的位置，限定工件运动的行程，限定运动机件往复运动的转向点，自动开启门、窗及窗帘等等。
光电耦合器用于“声光调制”、“模拟与脉冲信息传输”和“没有共地关系的信号与电平的传递”等，这些应用实验内容丰富，方法简单，可以让学生自行设计。
实验平台为学生提供进行光电开关实验提供了很多机械结构与电子元器件等硬件，让学生根据上述应用自行设计应用课题，并自行搭建实验系统，对学生的动脑、动手能力的培养大有益处。在设计实验课题时，注意应用平台提供的CPLD开发系统与CPLD器件，它的I/O端口均为自由端口可以设置为输入端，也可以将其设置为输出端口，非常灵活，非常好用，为学生自行设计逻辑电路带来极大方便。 （5）光电隔离特性实验
光电隔离特性实验并非所有学校都要做的实验。在有条件的学校可以做这个实验，测量光电耦合器隔离特性时要注意将发光管的两个电极短路，将光电器件的两个电极也短路，整个光电耦合器成为二端器件，用兆欧表即可测量出输入与输出之间的绝缘电阻值。
图2.9-8 时间响应测量电路
6. 关机与结束：
① 将所测的数据及实验结果（包括实验曲线）保存好，分析实验结果的合理性，如不合理，则要重新作上述实验；若合理，可以关机；
⑥ 先将计算机关掉后，再关掉实验平台的电源；
⑦ 将所用的配件放回配件箱，将实验所用的仪器收拾好后，请指导教师检查，批准后再离开实验室。
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实验2.10 LED角度特性参数测量实验
1. 实验目的：
LED（发光二极管）是非常有发展前景的半导体发光器件，是将来取代钨丝灯、日光灯、照明灯、高压汞灯与其他系列灯具的节能替代产品。LED灯的特性直接关系到它的应用，尤其是它的发光强度的空间分布特性是人们普遍关心的重要特性，安排这个实验有助于我们深入掌握它的特性，更合理地应用它为人类照明与视觉效应服务。
2. 实验仪器：
① GDS-Ⅲ型光电综合实验平台1台； ② LED发光特性测试仪1台；
3. 实验内容：
1）发光强度空间分布特性与偏差角θ
根据中国光学光电子行业学会2002年制定的“发光二极管测试方法”， LED发光强度的空间分布特性是指器件发射出的光强IV或Ie参数与空间方向角θ的函数关系I V= f (θ)。
显然，θ角度一般取为LED器件的“机械角”，机械角的定义为器件几何尺寸的中心线或法线为其零度角。由于LED封装工艺问题使LED器件存在发出光强度最大的方向（称为主光线）与机械轴并不重合，产生如图2.10-1所示的偏差Δθ，称其为偏差角或偏向角。测量偏向角对于正 确使用LED为光源，尤其是使用LED
图2.10-1 LED发光的空间分布特性
群构成面光源或彩色图像显示中具有非常重要意义。
2）半发光强度角θ1/2
如图2.10-1所示，LED的另一个重要参数是“半发光强度角θ1/2”， 半发光强度角θ1/2
是描述LED发光范围的参数。为获得更宽，更均匀的面光源，总希望LED半发光强度角θ1/2
更大些，而有些应用场合希望LED能够将光投射到更远的地方，或在更远处获得更强的
照度，则又要求LED的半发光强度角θ1/2尽量小，使光能量不至于太分散而损耗过大。为满足不同应用的要求，生产出多种不同封装形式的LED器件，以便满足不同应用对LED半发光强度角θ1/2的需求，获得理想的效果。
4. 实验步骤：
（1）熟悉LED发光角度特性测试仪
如图2.10-2所示为YHLA-Ⅱ型LED发光角度特性测试仪的外形图，它由LED安装夹具(右侧)、标准立体角光电接收装置（接收筒）、角度读出度盘、光电探测器输出数字电压表（左面第1块数字电压表）、跨接在LED两端的数字电压表、串联LED中的数字电流表、控制LED工作电流大小的调整旋钮、控制LED工作电压的调整旋钮、控制LED的工作电压极性
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