关于光电触发的延时
书呆子lhj2022/10/15电磁炮 IP:广东
关键词
光电 延时 磁阻炮 线圈炮

        一直以来,做铝电解可控硅无关断磁阻炮,光电开关是必不可少的部分,有很多人觉得它没有触发延时,还有一部分人认为是有的,但却不清楚究竟有多少延时。下面笔者将实测使用同一个电路,两种不同光电二极管所制作的光电开关的延时。

1652773110344.jpeg

这个电路图,相信很多人都很熟悉。

Screenshot_20221015_222149_com.taobao.taobao.jpg Screenshot_20221015_224817_com.taobao.taobao.jpg

下面就对两种光电管,使用示波器进行测评

为了方便测试,电路稍作修改如图

IMG_20221015_223925.jpg

使用微动开关使红外二极管(发射管)瞬间断开电源,停止对接收管的照射,模拟瞬间被遮挡而被触发的情形。黄蓝表笔的测试点如上图。

两种光电开关的实物图:

1652321242141.jpeg IMG_20220317_220818.jpg IMG_20221015_225328.jpg

实测波形:

绿色电路板的光电:

IMG_20221015_203958.jpg

由此可见,从光电瞬间被完全遮挡到可控硅完全导通,竟有120us延时!!!实际工作状况下会有更长的延时,因为光电孔被弹丸完全遮挡也需要时间的,这意味着,如果电枢弹丸以100m/s速度前速,已经位移了12mm以上了线圈才被导通。这个数据简直不能再遭糕了。

接下来,对比另一个光电:

IMG_20221015_204625.jpg

这个是黑色电路板光电的波形,延时20us,可见差别多么大,与上个光电开关简直云泥之别。


在这之前,思考着光电的延时究竟从何而来,是三极管带来的?好像并不完全是三极管的原因,因为8050三极管导通频率能做到10Mhz。在红外发射管被断电之后,如下图的红点上的电位会上升,

qq_pic_merged_1665760355291.jpg

按理来说,电位上升了,8050三极管就能把红点的电位信号放大了,e极(接可控硅G极的)应该立马有输出无延时才对,但事实上总有几十微秒以上的延时。经过查资料发现,Vbe要大于1伏三极管才开始导通,以及观察测量到红点(即b极)的电位波形,

IMG_20221014_215522.jpg

当即反应过来,b极的电位受接收管的控制,接收管让b极电位缓慢上升,如下图,然后从90mV升到1V肯定需要时间的,延时的主要原因出现在了这里!是接收管的电压上升率不够快导致。


后来,听三水合番大佬的指点,才知道,把R1 (2K的电阻)改大或者把R2 (20K的电阻)改小,可以降低延时,实测绿板光电如下:

20k电阻不改:120us

IMG_20221015_203958.jpg

改到10k:65us

IMG_20221015_202837.jpg

改到5k:45us

IMG_20221015_203123.jpg

效果还是挺明显的。不过我还是不满足这反应速度,所以需要对电路进行改进,据三水合番的介绍,接收管反应慢是因为它工作在饱和区,导致pn结储存了大量电荷,释放缓慢,导致电位上升慢,如上所述压降为90mV时,为饱和区。既如此,就把它的工作压降拉高,使它工作在放大区,能使得反应速度明显加快,有效降低延时,在《你好,电磁炮》上有祥细的介绍,做到了14us延时,有兴趣可以去看看。



[修改于 2年2个月前 - 2022/10/19 14:48:17]

来自:物理高能技术 / 电磁炮动手实践:实验报导
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~~空空如也
书呆子lhj 作者
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909519

上文所说的红点所在位在:即ss8050三极管的b极。

qq_pic_merged_1665760355291.jpg

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170050051624
2年2个月前 IP:陕西
909533

如果用mos管呢?

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ssungirl
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909534

sticker 确实延迟大。可以试试变容触发,在光电管位置贴2个金属电极当电容,当金属弹丸通过的时候会产生容量变化。

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
909537
引用170050051624发表于2楼的内容
如果用mos管呢?

请问什么意思?是用光电控制mos吗?

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
909538
引用ssungirl发表于3楼的内容
我感觉没什么大误差,如果测试的两个光耦距离0.1米,两个光耦批次,工作环境一致,那么从触发到达到通断...

意思是改用光耦用的光电二极管做光电开关吗?

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
909544

对黑色光电开关进一步实验发现,20k电阻并不能再改小了,再改小一些它会失去开关的作用,即在无遮挡时都会被触发。

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
909555

修改触发条件和黄表笔的位置,使用黑色光电开关,搭建磁阻炮提供75m/s初速的6*40弹丸。管子上光电孔直径为2.5mm,光电二极管自带光缝0.8mm。测试电路和结果如下:

IMG_20221018_123710.jpg IMG_20221008_125243.jpg IMG_20221008_125419.jpg

可见光电实际的延时35us左右(发射管和接收管之间几乎无延时,当红外线有微小遮挡时,黄线电位当即下降),理论上用2.5mm÷75m/s得蛋丸开始到完全遮挡光电孔历时33us。

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三水合番
2年2个月前 IP:四川
909567
引用书呆子lhj发表于7楼的内容
修改触发条件和黄表笔的位置,使用黑色光电开关,搭建磁阻炮提供75m/s初速的6*40弹丸。管子上光电...

为啥黄线会先缓慢下降,再迅速上升回去,然后平稳一段,再下降?

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书呆子lhj作者
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909570
引用三水合番发表于8楼的内容
为啥黄线会先缓慢下降,再迅速上升回去,然后平稳一段,再下降?

所以也应该对光电进行改进

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书呆子lhj作者
2年2个月前 IP:广东
909571
引用三水合番发表于8楼的内容
为啥黄线会先缓慢下降,再迅速上升回去,然后平稳一段,再下降?

可能是因为共阴极的影响。电容在放电过程中,可控硅K极与电容负极的电势差会上升,也因此会拉高G极、三极管E极的电位,降低Vbe。当三极管be极间的压差降低,会导致三极管放电受到阻碍。所以就出现了一降一升一降的情况。

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书呆子lhj作者
2年2个月前 修改于 2年2个月前 IP:广东
909588

感谢三水合番的指导,参考《你好,电磁炮》上的光电电路图,制出了17us延时光电(包括70tps16的2us延时,即光电开关本身的延时为15us)。

IMG_20221019_204822.jpg

下图黄线为红外发管电源,蓝线为可控硅G极信号。

IMG_20221019_212718.jpg

下图黄线为红外管电源,蓝线为可控硅A极信号。

IMG_20221019_215127.jpg

光电单次输出的信号波形(测量可控硅G极,70tps16的K极与G极之间电阻为15欧左右):

IMG_20221020_125949.jpg


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1027lone
2年1个月前 IP:浙江
910526

建议大家使用硅光电池,我对比过响应速度,可以达到ns级,比普通红外接收管快多了。


1.png 2.png

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月下孤狼
1年10个月前 IP:广东
916048

工作原因和光电器件打交道比较多,普通的光电二极管,光敏电阻响应速度就是非常慢的。需要高速的话,你需要使用PIN光电二极管或者雪崩光电二极管。PIN光电二极管并不贵,我把一些非常廉价的PIN光电二极管工作的光导模式,接上几伏的反压,然后串联上非常小的阴极或者阳极电阻。给光电二极管入射几百毫瓦的激光(也不能太大,否则会烧毁激光管,最好是激光源也是脉冲的,只有按下发射按钮以后才开始持续发光一段时间,避免不必要的灼烧)。


光电二极管有个参数非常重要,就是灵敏度,单位是A/W,如0.6A/W表示,你给这个激光二极管输入1W激光,那么你如果短接这个光电二极管两端,它以光伏模式可以产生0.6A的电流;如果你给它接一个足够高的反向偏压源,同时串联一个3欧姆电阻,那么在这个电阻上可以产生0.6A*3 = 1.8V电压。

之所以你们的光电器件慢,一方面是光电二极管不是PIN的,另一方面,入射光的强度非常低,导致光电二极管不允许使用阻值30欧以内的电阻,RC时间常数就大(C是结电容)。另外你们的系统不必要的放大器件太多了,入射激光功率足够大情况,光电二极管是可以直接驱动MOS或者触发可控硅(需要串联至少两个,光伏模式,这也是光触发可控硅的原理)的。


参数设计的合理,PIN光电二极管是可以响应到ns级别的;

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