Гальваническая развязка управляющего сигнала.

Цель работы: изучение способов и средств гальванической развязки управляющего сигнала.

Задание:

- выбрать элементов для построения гальванической развязки управляющего сигнала;

- разработать структурную схему устройство;

- разработать принципиальную схему устройство;

- описать принцип работы устройства.

Содержание отчета:

· Цель работы.

· Структурная схема устройство.

· Принципиальная схема устройство.

· Описание принцип работы устройство.

· Выводы.

Теоретические сведения для выполнения лабораторной

работы

Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования и людей от поражения электрическим током.

Без использования развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, прикасающихся к оборудованию, имеющему электрический контакт с цепью. Прибор, обеспечивающий развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной цепи в другую. В качестве такого прибора может использоваться трансформатор или оптрон. В обоих случаях цепи оказываются электрически разделёнными, но между ними возможна передача энергии или сигналов.

Виды:

•Трансформаторный;

•Оптический: оптопары, оптоволокно, солнечные батареи;

•Радио: приемники, передатчики;

•Звуковой: громкоговоритель, микрофон;

•Емкостный: через конденсатор очень маленькой емкости;

•Механический: мотор-генератор.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили схемы, использующие два варианта гальванической развязки:

- трансформаторной;

- оптоэлектронной.

Гальваническая развязка трансформаторного типа предполагает использование магнитоиндукционного элемента с сердечником или без него, напряжение Uвых на вторичной обмотке которого пропорционально напряжению Uвх на входе устройства (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Гальваническая развязка трансформаторного типа

 

При применении трансформаторной гальванической развязки необходимо учитывать следующие её недостатки:

- несущий сигнал может создавать помехи, влияющие на выходной сигнал развязки;

- полоса пропускания ограничена частотой модуляции развязки;

- сравнительно большие габаритные размеры компонентов, реализующих развязку.

В настоящее время в связи с развитием технологии полупроводниковых устройств расширяются возможности по использованию оптоэлектронных развязывающих устройств, оптических вентилей (оптронов). Принцип работы оптрона проиллюстрирован на рисунке 3.2. Светоизлучающий диод, p-n-переход которого смещён в прямом направлении, излучает свет, воспринимаемый фототранзистором. Таким образом, осуществляется гальваническая развязка цепей, связанных со светодиодом, с одной стороны, и с фототранзистором, с другой.

Рисунок 3.2 - Принцип работы оптрона

К достоинствам оптоэлектронных развязывающих устройств можно отнести:

- способность осуществлять развязку в широком диапазоне напряжений, в том числе до величины 500 В, что является значением, принятым при реализации систем ввода данных;

- возможность передавать сигналы на высокой частоте (до десятков МГц);

- малые габаритные размеры.

Для выполнения лабораторной работы рекомендуется следующие элементы гальванической развязки (рисунок 3.3). 

Рисунок 3.3 – Основные элементы гальванической развязки.

Лабораторная работа №8