Optične komunikacije

Optična komunikacija je prenos informacije s svetlobo. Informacijo lahko prenašamo po prostem prostoru (na primer z infrardečim daljincem), po optičnem vodniku ali znotraj optičnega tipala. Pri elektronskem projektu je pomembno, da optični sistem obravnavamo kot celoto:

1. električni signal krmili svetlobni izvor,
2. svetloba potuje do sprejemnika po prostem prostoru ali vodniku,
3. svetlobni sprejemnik ustvari električni signal,
4. obdelovalno vezje signal ojači, filtrira, primerja z mejno vrednostjo in ga po potrebi posreduje digitalnemu vhodu.

{#fig:blokovni-diagram-opticne-komunikacije}

Kje se uporabljajo optične komunikacije?

Primeri so:

• infrardeči daljinski upravljalniki,
• prenos podatkov po optičnih vlaknih,
• svetlobna vrata za zaznavanje prehoda predmeta,
• merjenje razdalje in hitrosti z odbito svetlobo,
• senzor dežja na vetrobranskem steklu,
• bralniki črtnih kod in optični enkoderji,
• merjenje osvetljenosti ter zaznavanje prisotnosti ali položaja predmeta,
• galvansko ločevanje električnih vezij z optičnim spojnikom.

Pri digitalnem prenosu je informacija pogosto predstavljena z dvema stanjema: svetloba je prisotna ali je ni. Pri analognem prenosu pa količina svetlobe nosi zvezno spremenljiv signal, na primer podatek o osvetljenosti.

Prosti prostor in optični vodnik

Pri prenosu po prostem prostoru morata biti oddajnik in sprejemnik pravilno usmerjena. Sprejemnik poleg koristnega signala zazna tudi svetlobo okolice, zato so koristne mehanske zaslonke, modulacija oddajne LED in filtriranje na sprejemni strani. Pri idealiziranem točkastem izvoru se gostota svetlobnega toka z razdaljo približno zmanjšuje sorazmerno z $1/r^2$; v resničnem sistemu na doseg vplivajo še sevalni kot, optika, odboji in občutljivost sprejemnika.

Optični vodnik omeji pot svetlobe in zmanjša vpliv okoliške svetlobe. V optičnem vlaknu se svetloba širi zaradi popolnega notranjega odboja. Za kakovosten prenos morajo biti oddajnik, vlakno in sprejemnik med seboj optično usklajeni.

{#fig:opticno-vlakno}

Svetleča dioda

Svetleča dioda (LED) je polprevodniška dioda, ki pri prevajanju oddaja svetlobo. Elektroni in vrzeli se v območju p-n-spoja rekombinirajo; pri tem nastanejo fotoni. LED je treba priključiti v prevodni smeri in tok skozi njo omejiti. Sama LED ni omejevalnik toka: že majhno povečanje napetosti $U$ lahko povzroči veliko povečanje toka in poškoduje diodo.

Za zaporedni upor velja:

\[R_\mathrm{LED}=\frac{U_\mathrm{nap}-U_F}{I_F},\]

kjer so $U_\mathrm{nap}$ napajalna napetost, $U_F$ napetost na LED in $I_F$ izbrani tok. Pri izbiri upora preverimo še njegovo moč:

\[P_R=I_F^2R_\mathrm{LED}.\]

Primer: pri napajanju $5\,\mathrm{V}$, rdeči LED z $U_F=2\,\mathrm{V}$ in toku $10\,\mathrm{mA}$ dobimo $R_\mathrm{LED}=300\,\Omega$. Izberemo lahko standardno vrednost $330\,\Omega$; tok bo nekoliko manjši, kar je varnejša izbira.

Barva LED je povezana z valovno dolžino $\lambda$. Zelo poenostavljen približek za energijo fotona je:

\[e_0 U_F \approx \frac{hc}{\lambda},\]

kjer je $e_0=1{,}602\cdot10^{-19}\,\mathrm{C}$ osnovni naboj, $h$ Planckova konstanta in $c$ hitrost svetlobe v vakuumu. Enačba je le približek: $U_F$ ni točno določena konstanta, nanjo vplivajo tok, temperatura in tehnologija LED.

Pri optičnem prenosu sta pomembnejša od same barve predvsem spekter oddane svetlobe in ujemanje s sprejemnikom, sevalna moč in sevalni kot, hitrost vklopa in izklopa ter dovoljeno območje toka.

Električna vhodna moč LED je $P_\mathrm{el}=U_FI_F$, vendar ta ni enaka svetlobni moči. Del energije se pretvori v toploto. Svetlost oziroma zaznana svetilnost je odvisna tudi od valovne dolžine, smeri sevanja in značilnosti človeškega očesa.

V nadaljevanju uporabimo rdečo LED Vishay TLHR5400, ki je nameščena v standardnem 5-mm difuznem ohišju. Pri toku približno $10\,\mathrm{mA}$ je njena tipična napetost $U_F$ okoli $2\,\mathrm{V}$. Pri napajanju $5\,\mathrm{V}$ zato izračunamo $R_\mathrm{LED}=300\,\Omega$; v praktičnem vezju izberemo standardni upor $330\,\Omega$, s katerim bo tok približno $9\,\mathrm{mA}$. Pred uporabo preverimo še dejanske mejne vrednosti in priključke v podatkovnem listu LED TLHR5400 proizvajalca Vishay.

{#fig:led-zaporedni-upor}

Krmiljenje LED z izhodom krmilnika

Izhod mikrokrmilnika lahko LED krmili neposredno samo takrat, ko tok LED ne presega dovoljenega toka izhoda. Če potrebujemo večji tok ali želimo izhod mikrokrmilnika zaščititi pred obremenitvijo, uporabimo tranzistor kot stikalo.

NPN-tranzistor kot stikalo

Pri običajni vezavi “tranzistorja kot stikala” je LED z zaporednim uporom priključena med pozitivno napajanje in kolektor NPN-tranzistorja, emitor pa je priključen na ničelni napetostni potencial $V=0$. Majhen tok v bazo tako krmili večji tok skozi kolektor. Tranzistor deluje kot stikalo: pri nizki vhodni napetosti je zaprt, pri dovolj visoki pa ga krmilimo v nasičenje.

Za osnovni izračun baznega upora uporabimo:

\[R_B=\frac{U_\mathrm{izh}-U_{BE}}{I_B}, \qquad I_B\geq\frac{I_C}{\beta_\mathrm{min}}.\]

Pri načrtovanju stikala uporabimo minimalni tokovni ojačevalni faktor, na primer $\beta_\mathrm{min}=10$, in ne največjega $\beta$ iz podatkovnega lista. S tem zagotovimo nasičenje tudi pri različnih pogojih delovanja tranzistorja. Za vhod $5\,\mathrm{V}$, $U_{BE}\approx0{,}7\,\mathrm{V}$ in bazni tok $1\,\mathrm{mA}$ dobimo približno $R_B=4{,}3\,\mathrm{k}\Omega$; uporabimo lahko standardni upor $4{,}7\,\mathrm{k}\Omega$.

Pri tej rešitvi se pojavijo tri praktične težave:

• izhod krmilnika mora zagotavljati bazni tok,
• pri večjem kolektorskem toku mora biti bazni tok sorazmerno večji,
• napetost $U_{CE}$ in moč tranzistorja lahko postaneta pomembna.

{#fig:npn-stikalo-led-rele}

Predstavljajmo si breme, ki potrebuje $I_C=200\,\mathrm{mA}$. Če za zanesljivo nasičenje izberemo minimalni tokovni ojačevalni faktor $\beta_\mathrm{min}=10$, bi moral bazni tok znašati najmanj $I_B=20\,\mathrm{mA}$. Tak tok je za številne izhode mikrokrmilnikov že prevelik oziroma bi močno obremenil izhodni priključek. Če bazni tok zmanjšamo, tranzistor morda ne bo več v nasičenju, napetost $U_{CE}$ na njem se poveča, s tem pa tudi njegova moč in segrevanje. Z izbiro drugega posameznega tranzistorja lahko težavo včasih zmanjšamo, vendar smo še vedno omejeni z razpoložljivim baznim tokom krmilnika. V takem primeru potrebujemo vezje z večjim skupnim tokovnim ojačanjem.

Še bolj nazoren primer je avtomobilska žarnica Philips 12844CP (C5W), ki se uporablja tudi za osvetlitev registrske tablice. Nazivni podatki so $12\,\mathrm{V}$ in $5\,\mathrm{W}$, zato je njen nazivni tok približno

\[I_\mathrm{žarnice}=\frac{P}{U}=\frac{5\,\mathrm{W}}{12\,\mathrm{V}} \approx0{,}42\,\mathrm{A}.\]

Če bi za zanesljivo nasičenje tranzistorja uporabili $\beta_\mathrm{min}=10$, bi potrebovali bazni tok približno $42\,\mathrm{mA}$. To je za izhod mikrokrmilnika prevelika obremenitev. Poleg tega ima žarnica pri vklopu zaradi hladne žarilne nitke večji kratkotrajni zagonski tok od nazivnega. Zato potrebujemo zmogljivejši gonilnik ali več tranzistorjev. Podatki za žarnico so navedeni v podatkovnem listu Philips 12844CP.

Darlingtonov spoj kot izboljšava

Če en tranzistor zahteva prevelik bazni tok, uporabimo Darlingtonov spoj. Sestavljata ga dva tranzistorja, pri katerih prvi krmili bazo drugega. Skupni tokovni ojačevalni faktor je približno:

\[\beta_D\approx\beta_1\beta_2.\]

Zato lahko enak kolektorski tok krmilimo z bistveno manjšim vhodnim tokom. Slabosti Darlingtonovega spoja je večja napetost $U_{CE}$ na vključnem tranzistorju v vključenem stanju, nekoliko počasnejši izklop in večja toplotna izguba kot pri dobro izbranem posameznem tranzistorju.

V praksi pogosto uporabimo integrirano vezje z več Darlingtonovimi izhodi, na primer ULN2803A ali ULN2804A. Njegov izhod z odprtim kolektorjem deluje kot stikalo proti ničelnemu napetostnemu potencialu $V=0$: ko je vključen, breme poveže z ničelnim napetostnim potencialom $V=0$; ko je izključen, je kolektorski izhod odprt. Breme mora biti zato priključeno med pozitivno napajanje in izhod gonilnika. Pri LED še vedno uporabimo ustrezen zaporedni upor, razen če ga vsebuje že modul, ki ga uporabljamo.

Pri induktivnem bremenu so zaščitne diode v ULN2803A običajno že vgrajene, vendar mora biti skupni priključek za te diode pravilno povezan na pozitivno napajanje bremena.

{#fig:uln2803-led-rele}

V simulacijskem vezju circ/110_Darlingtom_open_collector.kicad_sch sta predvidena tudi upora med bazo in emitorjem tranzistorjev Q1 in Q2, tako kot predvideva podatkovni list ULN2803A.

{#fig:shema_prikljucka_uln2803A}

Njuna naloga je odvajanje naboja iz baz, zagotavljanje zanesljivega izklopa in skrajšanje časa prehoda v zaporno stanje. Pri vklopu pa odvzemata del baznega toka, zato morata biti izbrana kot kompromis med hitrim izklopom in majhno obremenitvijo krmilnega vira. V pripravljeni simulaciji sta R3 in R4 pripravljena za primerjavo, vendar trenutno nista električno povezana; vpliv njune pravilne vezave lahko preskusite v simulaciji vezja. Preučite razliko v časovnem odzivu za vhodno in izhodno napetost ter tok skozi porabnik.

Svetlobni sprejemniki

Za sprejem svetlobe uporabljamo fotoupor (LDR), fototranzistor ali fotodiodo. Izbira je kompromis med občutljivostjo, hitrostjo, linearnostjo, velikostjo toka in ceno.

Element	Prednost	Omejitev	Primer uporabe
LDR	velika sprememba upornosti, preprosta vezava	počasen odziv, slabša ponovljivost	merjenje osvetljenosti
Fototranzistor	večji izhodni tok in dobra občutljivost	počasnejši in manj linearen od fotodiode	svetlobna vrata, daljinski senzor
Fotodioda	hiter odziv, primerna za hitre prenose	majhen tok, potrebuje tokovno-napetostni pretvornik	optične komunikacije, merilni sistemi

Table: Element. {#tbl:svetlobni_senzorji}

Pri izbiri ne zadošča primerjava nazivnega toka. Preverimo spektralno občutljivost, temni tok, dovoljeno zaporno napetost, odzivni čas, kapacitivnost spoja in območje osvetljenosti v podatkovnem listu.

Delilnik z LDR

Najpreprostejši svetlobni senzor je napetostni delilnik. Če je izhodna napetost merjena na referenčnem uporu $R_R$, velja:

\[U_\mathrm{iz}=U_C\frac{R_R}{R_R+R_\mathrm{LDR}}.\]

LDR ima pri večji osvetljenosti manjšo upornost, zato se pri tej vezavi $U_\mathrm{iz}$ povečuje. Če želimo obratno delovanje, zamenjamo položaj LDR in $R_R$.

Za največjo spremembo izhodne napetosti med dvema skrajnima stanjema LDR, z upornostma $R_1$ in $R_2$, je dobra začetna izbira:

\[R_R\approx\sqrt{R_1R_2}.\]

To je geometrična sredina območja upornosti. V praksi vrednost nato prilagodimo glede na zahtevano mejno osvetljenost, vhodno upornost naslednjega vezja in šum. Vhodna upornost merilnika ali krmilnika je vzporedno vezana z $R_R$ in lahko opazno spremeni rezultat.

Pri neposrednem priklopu na digitalni vhod ne smemo računati samo na nazivno preklopno napetost. Napetosti v nedoločenem območju med logično 0 in 1 lahko povzročijo nepredvidljivo stanje ali večkratno preklapljanje. Za zanesljiv sistem uporabimo komparator s histerezo.

{#fig:ldr-delilnik}

Fotodioda in fototranzistor

Fotodiodo pri merjenju svetlobe običajno uporabimo v zaporni smeri. Osvetlitev ustvari tok, ki je približno sorazmeren osvetljenosti v izbranem območju. Fotodiodni tok je majhen, zato je napetost $U_R$ na navadnem uporu pogosto neprimerna za neposreden digitalni vhod.

Fototranzistor deluje podobno kot fotodioda, vendar njegov tok krmili še tranzistorski tok. Zato dobimo večji tok, vendar praviloma počasnejši odziv in večjo odvisnost od temperature ter primerka elementa.

Tokovno-napetostni pretvornik

Fotodiodo je smiselno priključiti v tokovno-napetostni pretvornik z operacijskim ojačevalnikom. Neinvertirajoči vhod priključimo na referenčno napetost $U_\mathrm{ref}$, fotodiodo pa vežemo med ničelni napetostni potencial $V=0$ in invertirajoči vhod. Povratni upor $R_1$ priključimo med invertirajoči vhod in izhod operacijskega ojačevalnika. Če je katoda fotodiode priključena na invertirajoči vhod, anoda pa na $V=0$, je fotodioda zaporno polarizirana z napetostjo približno $U_\mathrm{ref}$, saj operacijski ojačevalnik vzdržuje napetost invertirajočega vhoda približno enako $U_\mathrm{ref}$.

Fotodioda tako ne deluje pri prevodni napetosti približno $1\,\mathrm{V}$, temveč v zaporni delovni točki. Fototok teče skozi povratni upor $R_1$. Za prikazano orientacijo fotodiode je izhodna napetost idealiziranega vezja:

\[U_\mathrm{iz}=U_\mathrm{ref}+I_\mathrm{foto}R_1.\]

Pri nasprotni orientaciji fotodiode se predznak spremeni. Vrednosti $U_\mathrm{ref}$ zato ne izberemo samodejno kot $U_C/2$, temveč glede na želeno zaporno napetost fotodiode, pričakovani fototok ter dovoljeno vhodno in izhodno območje operacijskega ojačevalnika. Če želimo pri enosmernem napajanju omogočiti spremembe izhoda v obe smeri, lahko kot kompromis uporabimo $U_\mathrm{ref}\approx U_C/2$.

Pri izbiri $R_1$ velja približno $R_1=\Delta U_\mathrm{iz}/\Delta I_\mathrm{foto}$. Preverimo še največji izhodni signal, območje izhoda operacijskega ojačevalnika, vhodni tok, šum in kapacitivnost fotodiode. Vzporedni kondenzator $C_F$ priključimo vzporedno z uporom $R_1$; lahko izboljša stabilnost in omeji visokofrekvenčni šum, vendar zmanjša pasovno širino.

{#fig:transimpedancni-ojačevalnik}

Komparator napetosti

Signal svetlobnega sprejemnika je lahko zvezna napetost $U_\mathrm{mer}$, nadaljnja elektronika pa pogosto potrebuje samo informacijo, ali je signal dovolj velik ali ne. Če želimo signal priključiti na digitalni vhod, mora ustrezati napetostnim nivojem uporabljene logične družine. Pri klasični 5-voltni logiki TTL (na primer družina 74xx) veljajo približno naslednje meje:

Vhod ali izhod	Logična 0	Logična 1
vhodni nivo	$U_\mathrm{IL}\leq0{,}8\,\mathrm{V}$	$U_\mathrm{IH}\geq2{,}0\,\mathrm{V}$
zagotovljeni izhodni nivo	$U_\mathrm{OL}\leq0{,}4\,\mathrm{V}$	$U_\mathrm{OH}\geq2{,}4\,\mathrm{V}$

Table: Približni napetostni nivoji klasične 5-voltne logike TTL. {#tbl:ttl-nivoji}

Vhodna napetost med približno $0{,}8\,\mathrm{V}$ in $2{,}0\,\mathrm{V}$ je nedoločena: digitalno vezje v tem območju ne zagotavlja pravilnega logičnega stanja. Zato zvezno spreminjajočega se signala fotodiode ali fototranzistorja praviloma ne priključimo neposredno na digitalni vhod. Najprej ga pretvorimo v jasno določeno nizko ali visoko logično raven.

Za to uporabimo komparator napetosti. Komparator primerja merilno napetost $U_\mathrm{mer}$ z referenčno napetostjo $U_\mathrm{ref}$ in na izhodu ustvari signal, ki je odvisen od tega, katera napetost je večja. Tako lahko na primer določimo, ali je osvetljenost presegla izbrano mejno vrednost. Operacijski ojačevalnik lahko uporabimo kot preprost komparator, vendar je za hitro in zanesljivo preklapljanje pogosto primernejši namenski komparator.

Če je merilna napetost priključena na neinvertirajoči vhod in referenca na invertirajoči vhod, velja idealizirano. Pri tem sta $U_\mathrm{ZH}$ zgornja in $U_\mathrm{SN}$ spodnja izhodna nasičitvena napetost:

\[U_\mathrm{iz}\approx \begin{cases} U_\mathrm{ZH}, & U_\mathrm{mer}>U_\mathrm{ref},\\ U_\mathrm{SN}, & U_\mathrm{mer}<U_\mathrm{ref}. \end{cases}\]

Izhodna napetost ni nujno enaka napajalni napetosti. Pri izbiri vezja preverimo, ali je vhodno območje ustrezno in kako blizu napajalnim napetostnim potencialom se lahko približa izhod. LM358 je uporaben pri enojnem napajanju, vendar ni namenski hitri komparator in njegov izhod se pri visoki ravni ne obnaša kot idealen izhod logičnega vezja.

{#fig:komparator-osvetljenosti}

Komparator z odprtim kolektorjem

Pri komparatorju z odprtim kolektorjem izhodni tranzistor lahko izhod potegne na nižji napetostni potencial $V$, ne more pa ga sam postaviti na visoko raven. Zato potrebujemo dvigovalni upor $R_P$ (pull-up):

\[I_P\approx\frac{U_C-U_\mathrm{iz}}{R_P}.\]

Prednost takega izhoda je možnost prilagoditve na drugo logično napetost in združevanje več izhodov v funkcijo »wired-AND«. Pri izbiri $R_P$ upoštevamo uhajavi tok, vhodni tok naslednjega vezja, zahtevano hitrost in dovoljeni tok izhodnega tranzistorja. Manjši upor omogoči hitrejši prehod navzgor, vendar poveča tokovno obremenitev.

Schmittov sprožilnik in histereza

Če je vhodni svetlobni signal blizu preklopne meje, lahko šum povzroči več zaporednih preklopov. Schmittov sprožilnik uporablja pozitivno povratno zvezo in ima dve preklopni meji:

• pri naraščanju vhodne napetosti se izhod preklopi pri zgornji meji,
• pri padanju vhodne napetosti se izhod preklopi pri spodnji meji.

Razlika med mejama je širina histereze. Histereza mora biti večja od pričakovane šumne spremembe, vendar ne tako velika, da bi onemogočila zaznavo želenega signala.

Za neinvertirajočo izvedbo z referenčno napetostjo $U_\mathrm{ref}$ in uporoma $R_1$ (med izhodom in vhodom) ter $R_2$ (med vhodom in referenco) velja, če vhodni tok zanemarimo:

\[U_H=\frac{R_2}{R_1+R_2}(U_\mathrm{ZH}-U_\mathrm{SN}),\]

pri čemer je $U_H$ razlika med zgornjo in spodnjo preklopno mejo. Splošni meji lahko izračunamo z uteženim povprečjem izhoda in reference:

\[U_T=\frac{R_2U_\mathrm{iz}+R_1U_\mathrm{ref}}{R_1+R_2}.\]

Ko je izhod v zgornjem nasičenju, dobimo eno mejo; ko je v spodnjem nasičenju, dobimo drugo. Dejanske vrednosti moramo zaradi izhodnega nasičenja in vhodnih tokov preveriti v podatkovnem listu.

Za digitalne signale lahko uporabimo vrata z vgrajeno histerezo, na primer 74HC14. Pri njih ne izračunavamo zunanjega razmerja uporov, temveč preverimo zagotovljeni spodnji in zgornji prag v podatkovnem listu.

{#fig:schmittov-sprozilnik}

Svetlobna vrata z zaznavo smeri

Za zaznavo smeri gibanja uporabimo dva enaka optična kanala, postavljena drugega za drugim. Ko predmet prečka prvi kanal pred drugim, se izhodna zaporedja razlikujejo od zaporedja, ko prečka drugi kanal pred prvim. Mikrokrmilnik lahko izmeri vrstni red sprememb in določi smer.

Pri izvedbi moramo zagotoviti zadostno razliko med osvetljenim in zatemnjenim stanjem, histerezo na vsakem kanalu, enako geometrijo in podobno občutljivost kanalov ter dovolj kratko zakasnitev glede na največjo hitrost predmeta.

{#fig:svetlobna-vrata-smer}

Optični spojniki

Optični spojnik (optoizolator) prenaša signal med dvema električnima vezjema s svetlobo, brez galvanske povezave signalnih mas. Na vhodni strani je LED, na izhodni pa fototranzistor, fotodioda, fototriak ali drug svetlobno občutljiv element. Galvanska ločitev je uporabna pri različnih napajalnih napetostih, motnjah, merilnih sistemih in krmiljenju omrežnih bremen.

Pri načrtovanju preverimo vhodni tok LED in izračun njenega zaporednega upora, izolacijsko napetost in dovoljene razmike na tiskanem vezju, razmerje CTR (current transfer ratio), največji kolektorski tok in hitrost preklapljanja ter morebitno invertiranje izhoda.

Najpreprostejši izhod je fototranzistor z dvigovalnim uporom. Ko vhodna LED sveti, fototranzistor prevaja in izhod se običajno zniža, zato je logika na izhodu invertirana. Če potrebujemo ne-invertiran signal, dodamo še en inverter ali ustrezno spremenimo razporeditev vezja.

{#fig:optoclen}

Predlogi praktičnih nalog

Naloga 1: LED-oddajnik

Za napajanje $5\,\mathrm{V}$ izberi upor za rdečo LED pri toku $10\,\mathrm{mA}$. Izmeri napetost na LED, tok in moč upora. Rezultat primerjaj z izračunom in pojasni razlike.

Naloga 2: LDR kot svetlobno stikalo

Sestavi delilnik z LDR in komparatorjem. S potenciometrom nastavi prag tako, da se izhod preklopi pri izbrani osvetljenosti. Nato dodaj Schmittovo histerezo in primerjaj obnašanje pri počasnem spreminjanju svetlobe ter pri osvetlitvi z utripajočim virom.

Naloga 3: Merjenje fotodiode

Sestavi transimpedančni ojačevalnik z dvema vrednostma $R_1$. Izmeri izhodno napetost pri več razdaljah od LED in določi območje, v katerem je odziv približno linearen. Preveri vpliv kondenzatorja $C_F$ na šum in hitrost odziva.

Naloga 4: Svetlobna vrata

Z dvema fototranzistorjema zaznaj smer gibanja kartončka. Na osciloskopu prikaži signala A in B, določi fazni vrstni red in napiši algoritem, ki iz njega izračuna smer.

Naloga 5: Optični spojnik

Z optičnim spojnikom prenesi digitalni signal med dvema ločenima napajalnima vezjema. Izmeri zakasnitev, preveri invertirano logiko in preizkusi, kako sprememba pull-up upora vpliva na čas naraščanja izhodnega signala.

Povzetek

Optični komunikacijski sistem sestavljajo oddajnik, optični kanal in sprejemnik. Pri oddajniku je treba omejiti tok LED; pri sprejemniku izberemo element glede na občutljivost in hitrost. LDR je primeren za počasna merjenja, fototranzistor za preprosto zaznavanje prisotnosti, fotodioda pa za hitrejše in merilno zahtevnejše naloge. Delilnik je preprost, vendar je občutljiv na vhodno obremenitev. Za fotodiodo je primernejši transimpedančni ojačevalnik. Komparator pretvori analogni signal v logično stanje, Schmittov sprožilnik pa prepreči večkratno preklapljanje zaradi šuma. Optični spojnik omogoča prenos signala ob galvanski ločitvi dveh vezij.

Vprašanja za preverjanje

1. Zakaj mora imeti LED pri napajanju z napetostnim virom zaporedni upor?
2. Zakaj električna moč LED ni enaka svetlobni moči?
3. Kdaj bi izbral LDR, fototranzistor in kdaj fotodiodo?
4. Kaj se zgodi z delilnikom, če ima naslednje vezje majhno vhodno upornost?
5. Zakaj ima komparator z odprtim kolektorjem dvigovalni upor?
6. Kako histereza zmanjša vpliv šuma?
7. Zakaj je izhod optičnega spojnika pogosto invertiran?