CN204390569U - 一种光电耦合开关实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光电耦合开关实验仪，包括电源转换电路、光电耦合开关、伏安特性电路、时间响应电路、电流传输比电路、非调制型光电耦合开关电路、锁相环解调电路、调制型光电耦合开关电路、电机调速模块、电机和转盘组件模块、里程/转速测量电路、音频调制/解调电路和表头供电电路模块。因此本实用新型能够全面覆盖实现多种光电耦合开关实验，使学生全面地掌握光电耦合开关的工作原理和各种应用；本实验仪采用搭建式平台，加强了学生的动手能力。

Description

一种光电耦合开关实验仪

技术领域

本实用新型属于电子教学设备领域，特别是涉及一种光电耦合开关实验仪。

背景技术

光电耦合开关的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强、使用寿命长、传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器、仪器仪表、通信设备及微机接口中。所以在教学上使学生全方位地掌握光电耦合开关的原理和各种用途是非常必要的。而现有的光电耦合开关试验仪实验电路不全面，可实现的实验较少，不能很好地使学生掌握光电耦合开关的原理和各种应用。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够实现多种关于光电耦合开关实验的光电耦合开关试验仪。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是提供一种光电耦合开关实验仪，包括电源转换电路、光电耦合开关、伏安特性电路、时间响应电路、电流传输比电路、非调制型光电耦合开关电路、锁相环解调电路、调制型光电耦合开关电路、电机调速模块、电机和转盘组件模块、里程/转速测量电路、音频调制/解调电路和表头供电电路模块，

所述电源转换电路的输入电压是220V交流电，输出端为+5V和+12V直流电，该直流电供电于所述伏安特性电路、时间响应电路、电流传输比电路、非调制型光电耦合开关电路、锁相环解调电路、调制型光电耦合开关电路、里程/转速测量电路、音频调制/解调电路和表头供电电路模块，

所述表头供电电路模块供电于所述伏安特性电路、时间响应电路、电流传输比电路、非调制型光电耦合开关电路、锁相环解调电路、调制型光电耦合开关电路、里程/转速测量电路和音频调制/解调电路中的仪表。

所述伏安特性电路、时间响应电路、电流传输比电路、非调制型光电耦合开关电路、锁相环解调电路、调制型光电耦合开关电路、电机和转盘组件模块、里程/转速测量电路和音频调制/解调电路分别连接至所述光电耦合开关。所述电机和转盘组件模块中的转盘为边缘带有均匀分布的六个圆孔的黑色转盘。

在同一个电路中学生可以分别对反射式光电耦合开关和对射式光电耦合开关进行实验。

根据本实用新型的一个优选实例，所述里程/转速测量电路包括单片机程序下载电路、液晶显示电路和输入脉冲形成和传输电路。

本实用新型具有的优点和积极效果是：能够全面覆盖实现多种光电耦合开关实验，使学生全面地掌握光电耦合开关的工作原理和各种应用；本实验仪采用搭建式平台，加强了学生的动手能力。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是伏安特性电路图；

图3是时间响应电路图；

图4是电流传输比电路图；

图5是非调制型光电耦合开关电路图；

图6是锁相环解调电路图；

图7是里程/转速测量电路图；

图8是音频调制/解调电路图。

图中：1、电源转换电路；2、光电耦合开关；3、伏安特性电路；4、时间响应电路；5、电流传输比电路；6、非调制型光电耦合开光电路；7、锁相环解调电路；8、调制型光电耦合开光电路；9、电机调速模块；10、电机和转盘组件模块；11里程/转速测量电路；12音频调制解调电路；13表头供电电路模块；14、仪表。

具体实施方式

为了进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，本实用新型的技术方案是提供一种光电耦合开关实验仪，包括电源转换电路1、光电耦合开关2、伏安特性电路3、时间响应电路4、电流传输比电路5、非调制型光电耦合开关电路6、锁相环解调电路7、调制型光电耦合开关电路8、电机调速模块9、电机和转盘组件模块10、里程/转速测量电路11、音频调制/解调电路12和表头供电电路模块13。

电源转换电路1的输入电压为220V交流电，输出电压为+5V、+12V的直流电，给 仪器内部各电路供电。

表头供电电路模块13，为各电路中的仪表14提供直流稳压电源，仪表为电流表和电压表。将表头供电电路模块13和仪表14对应连接，即可实现各仪表14正常稳定的工作。

光电耦合开关2固定在电机和转盘组件模块10上，是该实验仪的核心元件，各个实验电路都必须与光电耦合开关2相连来开展相关实验；光电耦合开关2有对射式光电耦合开关和反射式光电耦合开关，在各个电路实验中，对这两种开关分别进行实验。

如图2为伏安特性电路3，该电路是测量光电耦合开关电压和电流关系的电路，通过在该电路中串联两个电流表和并联一个电压表来实现这一功能。其中R4、R5是光电耦合开关发光二极管的限流电阻，R6是光电耦合开关中光敏三极管的限流电阻，W2用于调节发光二极管的光强度。+5V电压和低压可调电源分别是发光二极管和光敏三极管的供电电压。+5V连接R4的一端；低压可调电源连接R6的一端；GND连接电流表A3的负极、光电耦合开关U2中光敏三极管的发射极、电压表的负极；R4的另一端接R5的一端；R5另一端接W2的一个固定端和可调端；W2另一个固定端接U2中发光二极管的正极；U2中发光二极管的负极接电流表A3的正极；R6的另一端接电流表A4的正极；电流表A4的负极接U2中光敏三极管的集电极、电压表的正极。通过该电路可以实现对射式光电开关伏安特性实验和反射式光电开关伏安特性实验。

如图3为时间响应电路4，该电路由发光二极管及其驱动电路提供快速开关的方波辐射光源。在方波辐射的作用下，光敏三极管的输出电压Uo将发生变化。将光电耦合开关中的发光二极管的方波辐射脉冲接到示波器CH1探头，用作同步数据采集的同步控制，将输出信号Uo接到示波器的CH2探头，作为被测信号。打开光电平台电源，用示波器测量输出信号Uo与入射辐射源的时间变化波形，观察输出信号U0随方波辐射的时间变化规律，便可以测量出它的时间响应特性。电路中NE555及其周边元件组成方波发生器，提供100Hz-1KHz频率可调的方波信号，调节电位器W3的值即可改变方波信号的频率，Q1的作用是将方波信号耦合在发光二极管上。电路中个元器件接线如下：+5V接C2的一端、NE555的4脚、NE555的8脚、R7的一端、R8的一端、R10的一端、U1中发光二极管的正极；GND接电流表A5的负极、电流表A6的负极、C1的一端、C2的另一端、C3的一端、NE555的1脚；Q1的发射极接R11的一端；电流表A5的正极接W4的一个固定端；电流表A6的正极接U1中光敏三极管的发射极、电压表V1的负极；C1的另一端接NE555的5脚；C3的另一端接NE555的2脚、NE555的6脚、W3的可调端； NE555的3脚接R8的另一端、R9的一端；NE555的7脚接R7的另一端、W3的一个固定端；Q1的基极接R9的另一端；Q1的集电极接U1中发光二极管的负极；R10的另一端接U1中光敏三极管的集电极、电压表V1的正极；R11的另一端接W4的可调端和另一个固定端。通过该电路可以实现对射式光电开关时间响应特性实验和反射式光电开关时间响应特性实验。

图4为电流传输比电路5，该电路是测量光电耦合开关流过发光二极管的电流和流过光敏三极管的电流传输比β的电路。通过观察在该电路中串联两个电流表的值来实现这一功能。其中R2、R3是光电耦合开关发光二极管的限流电阻，R1是光电耦合开关中光敏三极管的限流电阻，W1用于调节发光二极管的发光强度。+5V连接R2的一端、R1的一端；GND连接电流表A1的负极、U3中光敏三极管的发射极；R2的另一端接R3一端；R3的另一端接W1的可调端和一个固定端；W1的另一个固定端接U3中发光二极管的正极；U3中发光二极管的负极接电流表A1的正极；R1的另一端接电流表A2的正极；电流表A2的负极接U3中光敏三极管的集电极。通过该电路可以实现对射式光电开关电流传输比实验和反射式光电开关电流传输比实验。

图5为非调制型光电耦合开关电路6，该电路是直观的观察光电耦合开关的发光二极管和光敏三级光之间关系的电路。R14和R16分别为光敏三级管和发光二极管的限流电阻，防止电流过大烧毁器件；W6用于调节发光二极管发光强弱；W5是光敏三极管I/V转换电位器；U5B为精密运算放大器，将其设计为射随器来驱动指示灯发光。将该电路按照原理图连接好后，手动转动电机和转盘组件10中的遮光转盘，观察转盘在遮挡和未遮挡发光二极管的情况下，指示灯的变化状态。+5V接C10的一端、R14的一端、R16的一端、U5的8脚；GND接C10的另一端、C11的一端、发光二极管D3的负极、U5的4脚、W5的一个固定端、W6的可调端和一个固定端；C11的另一端接R15一端、U5的5脚；发光二极管D3的正极接R13的一端；R13的另一端接U5的6脚、U5的7脚；R14的另一端接U6中光敏三极管的集电极；R15的另一端接U6中光敏三极管的发射极、W5的可调端和另一个固定端；R16的另一端接U6中发光二极管的正极；U6中发光二极管的负极接W6的另一个固定端。通过该电路可以实现非调制型对射式光电开关实验和非调制型反射式光电开关实验。

图6为锁相环解调电路7，该电路中NE555产生一个频率可调的方波信号，将该信号加在光电耦合开关的发光二极管端，同时在光敏三极管输出端连接了一个由LM567组 成的锁相环电路，实现了对方波信号相位锁定的功能。其中电位器W1和电容C3共同作用实现对方波信号频率的调节，W3用于调节LM567的中心频率，使其最终锁定方波信号的频率。+5V接C2的一端、U1的4脚、U1的8脚、R1的一端、R2的一端、R5的一端、R6的一端、U2的4脚、U3中发光二极管的正极；GND接C1的一端、C2的另一端、C3的一端、C4的一端、C5的一端、C6的一端、U1的1脚、U2的7脚、U3中光敏三极管的发射极、W2的一个固定端；C1的另一端接U1的5脚；C3的另一端接U1的2脚、U1的6脚、W1的可调端；C4的另一端接U2的6脚、W3的一个固定端；C5的另一端接U2的2脚；C6的另一端接U2的1脚；D2的正极接R6的另一端；D2的负极接U2的8脚；U1的3脚接R2的另一端、R3的一端；U1的7脚接R1的另一端、W1的一个固定端；Q1的发射极接R4的一端；Q1的基极接R3的另一端；Q1的集电极接U3中发光二极管的负极；R4的另一端接W2的可调端；R5的另一端接U2的3脚、U3中光敏三极管的集电极；U2的5脚接W3可调端。通过该电路可以实现锁相环解调实验。

调制型光电耦合开关实验包括调制型对射式光电开关实验、调制型反射式光电开关实验以及光电调制实验。调制型光电耦合开关电路8是在锁相环解调电路7基础上实现的，其电路和锁相环解调电路7一样。在搭接该电路之前将电机调速模块与电机和转盘组件模块中的电机相连，驱动电机转动和调节电机转动速度。电机和转盘组件模块由电机和边缘带有均匀分布的六个圆孔的黑色转盘组成。根据该电路图连接好电路，打开电源，转动转盘，观察当光路被遮挡和未被遮挡两种情况下，解调电路上发光二极管的状态。

图7是音频调制/解调电路12，该电路实现了光电耦合开关传输模拟音频信号的功能。其中L7805及其外围相关元器件为电路提供干净的直流电源，以便降低听到的噪声；Q1将引入的音频信号调制到光电耦合开关上；LM567为音频解调电路的中心器件，调节W3电位器的阻值可改变LM567的中心频率，当LM567中心频率与音频信号中心频率一致是即实现了音频信号的解调功能。U4精密、低噪声运算放大器，用于驱动耳机。+12V接C1的一端、C2的一端、JP1的2脚、U1的1脚；GND接C1的另一端、C2的另一端、C3的一端、C4的一端、C5的一端、LS1的负极、R1的一端、R5的一端、R10的一端、U1的2脚、U2的7脚、U4的4脚、W2的一个固定端、W4的一个固定端、W5的可调端；C5的另一端接U2的6脚、W3的一个固定端；C6的一端接C8的一端、U2的2脚； C6的另一端接R4的一端、U2的1脚；C7的一端接U3中光敏三极管的发射极、W4的可调端；C7的另一端接U2的3脚；C8的另一端接R9的一端、R10的另一端、U4的3脚；C9的一端接U4的1脚、U4的2脚；C9的另一端接R5另一端、R11的一端；C10的一端接R2的一端、R6的一端、W5的一个固定端；JP1的1脚接R1的另一端；LS1的正极接R11的另一端；Q1的发射极接R7的一端；Q1的基极接R6的另一端；Q1的集电极接U3中发光二极管的负极；R3的一端接R4的另一端；R7的另一端接W2的可调端；R8的一端接U3的中光敏三极管的集电极；U2的5脚接W3的可调端；VDD是经过7805稳压后的电压，VDD接C3的另一端、C4的另一端、R2的另一端、R3的另一端、R8另一端、R9的另一端、U1的3脚、U2的4脚、U3中发光二极管的正极、U4的8脚。C10的另一端为音频信号输入端口。通过该电路可以实现对射式光电开关音频调制/解调实验和反射式光电开关音频调制/解调实验。

图8是里程/转速测量电路11，该电路是针对光电耦合开关在转速和里程的测量这方面的应用而设计的。在搭接该电路之前将电机调速模块与电机和转盘组件模块中的电机相连，驱动电机转动和调节电机转动速度。电机和转盘组件模块由电机和边缘带有均匀分布的六个圆孔的黑色转盘组成。将光电耦合开关固定在该组件上，当将里程/转速测量电路和电机调速模块与电源连接好后，打开电源开关，这时电机开始带动转盘一起转动，交替的遮挡和打开发光二极管和光敏三极管，这样就产生了一个频率固定的方波信号。单片机对这个固定的方波信号进行接收和处理，即实现了对电机转速和转盘里程的测量。里程/转速测量电路中DB9、U1、U2是单片机程序下载电路主要元件；U1、JP2(液晶屏)、KP1是液晶显示单元主要元件；U3、U4D是形成和传输输入脉冲信号主要元件，单片机通过对输入脉冲信号的测量和计算来实现对电机转速和里程的测量。U5为指示灯电路的主要元件，该指示灯电路用于指示光电耦合开关状态的切换情况。+5V接S1的另一端、R11的另一端、C1的一端、C5的一端、C6的一端、C10的一端、C21的一端、JP2的2脚、JP2的15脚、KP1的1脚、R6的一端、R7的一端、R12的一端、U1的40脚、U2的16脚、U4的14脚、U5的8脚、W3的一个固定端；GND接S2的另一端、C4的一端、C5的另一端、C10的另一端、C21的另一端、D3的负极、DB9的5脚、JP2的1脚、JP2的16脚、R3的一端、U1的20脚、U2的15脚、U4的7脚、U5的4脚、W1的一个固定端和可调端、W2的一个固定端、W3的另一个固定端，C2的一端，C3的一端；C4的另一端接U2的6脚；C6的另一端接U2的2脚；C7的一端接U2 的1脚；C7的另一端接U2的3脚；C8的一端接U2的4脚；C8的另一端接U2的5脚；R8的一端接U5的5脚；U1的15脚接U4的8脚；D3的正极接R13的一端；DB9的2脚接U2的14脚；DB9的3脚接U2的13脚；JP2的3脚接W3的可调端；JP2的4脚接U1的26脚；JP2的5脚接U1的25脚；JP2的6脚接U1的24脚；JP2的7脚接KP1的2脚、U1的39脚；JP2的8脚接KP1的3脚、U1的38脚；JP2的9脚接KP1的4脚、U1的37脚；JP2的10脚接KP1的5脚、U1的36脚；JP2的11脚接KP1的6脚、U1的35脚；JP2的12脚接KP1的7脚、U1的34脚；JP2的13脚接KP1的8脚、U1的33脚；JP2的14脚接KP1的9脚、U1的32脚；R6的另一端接U3中发光二极管的正极；R7的另一端接U3中光敏三极管的集电极、R8的另一端、U4的9脚；U3中光敏三极管的发射极接W2的可调端和另一个固定端；R12的另一端接U1-31脚；R13的另一端接U5的6脚、U5的7脚；U1的10脚接U2的12脚；U1的11脚接U2的11脚；U3中发光二极管的负极接W1的另一个固定端；C1的另一端接R3的另一端、U1的9脚、R1的一端；R1的另一端接S1的一端；C2的另一端接U1的19脚、Y1的一端；C3的另一端接U1的18脚、Y1的另一端。R11的一端接U1的2脚、S2的一端。该电路可以实现对射式光电开关转速测量实验、反射式光电开关转速测量实验、对射式光电开关里程测量实验和反射式光电开关里程测量实验。

从以上对本实用新型所述的一种光电耦合开关实验仪可实现的18种实验分别进行了详细的说明可见，本光电耦合开关试验仪基本上囊括了关于光电耦合开关基本应用和原理理解的各种实验，具有宽广的教学使用范围。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种光电耦合开关实验仪，其特征在于：包括电源转换电路(1)、光电耦合开关(2)、伏安特性电路(3)、时间响应电路(4)、电流传输比电路(5)、非调制型光电耦合开关电路(6)、锁相环解调电路(7)、调制型光电耦合开关电路(8)、电机调速模块(9)、电机和转盘组件模块(10)、里程/转速测量电路(11)、音频调制/解调电路(12)和表头供电电路模块(13)，

所述电源转换电路(1)供电于所述伏安特性电路(3)、时间响应电路(4)、电流传输比电路(5)、非调制型光电耦合开关电路(6)、锁相环解调电路(7)、调制型光电耦合开关电路(8)、电机调速模块(9)、里程/转速测量电路(11)、音频调制/解调电路(12)和表头供电电路模块(13)，

所述表头供电电路模块(13)供电于所述伏安特性电路(3)、时间响应电路(4)、电流传输比电路(5)、非调制型光电耦合开关电路(6)、锁相环解调电路(7)、调制型光电耦合开关电路(8)、里程/转速测量电路(11)和音频调制/解调电路(12)中的仪表(14)，

所述伏安特性电路(3)、时间响应电路(4)、电流传输比电路(5)、非调制型光电耦合开关电路(6)、锁相环解调电路(7)、调制型光电耦合开关电路(8)、电机和转盘组件模块(10)、里程/转速测量电路(11)、音频调制/解调电路(12)分别连接至所述光电耦合开关(2)。

2.根据权利要求1所述的一种光电耦合开关实验仪，其特征在于：所述电源转换电路(1)的输入电压是220V交流电，输出电压为+5V和+12V直流电。

3.根据权利要求1所述的一种光电耦合开关实验仪，其特征在于：所述光电耦合开关(2)为反射式光电耦合开关和对射式光电耦合开关中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种光电耦合开关实验仪，其特征在于：所述里程/转速测量电路(11)包括单片机程序下载电路、液晶显示电路和输入脉冲形成和传输电路。

5.根据权利要求1所述的一种光电耦合开关实验仪，其特征在于：所述电机和转盘组件模块(10)中的转盘为边缘带有均匀分布的六个圆孔的黑色转盘。