광센서의 동작원리 광센서의 기본회로는 그림 2-2.1(a)와 같다. LED의 양극은 저항 RE를 통해 전원 라인 VCC에 연결되고 음극은 접지됩니다. 순방향 전류 IF는 LED를 통해 흐르고 눈에 보이지 않는 적외선을 방출합니다. 포토 트랜지스터의 컬렉터는 저항 RL을 통해 전원 라인 VCC에 연결되고 에미터는 접지됩니다. 또한 컬렉터는 비교기의 입력단자나 다음단의 IC에 연결한다. 발광소자와 검출소자는 그림 2-2.1(b)와 같이 배열된다. 에미터와 검출기 사이에 광차단판, 즉 검출 대상이 오면 포토 트랜지스터가 꺼지고 컬렉터의 전위가 상승합니다. 반면에 제거되면 트랜지스터가 켜지고 컬렉터 전위가 떨어집니다. 즉, 물질의 존재를 감지하여 접촉하지 않고 전기적 신호로 변환하는 것이다. 일반적으로 이 신호는 다음 단계의 다음 신호 처리 회로에 입력되어 다양한 주변 기능을 제어합니다.
그림 2-2.1 – 광센서의 동작 원리
광 센서 회로의 설계 절차 먼저 RE 및 RL 값을 구합니다. 그림 2-2.1(a)에서 LED의 순방향 전압 강하가 VF일 때 LED에 흐르는 전류 IF는 (1) IF=(VCC-VF) / RE로 주어지며 (2) ) IF=IF(MAX) (Ta=TOPR(MAX)) (1)과 (2)에서 RE는 다음 공식으로 주어진다. (3) IF=(VCC-VF) / IF(MAX) 그림 2-2.2에서 보는 바와 같이 IF가 클수록 광출력 IE가 많이 발생하므로 RE를 결정한 후 IF와 IE의 허용손실 변동을 고려하여 IF(MIN)를 계산할 필요가 있다. RL의 적정값: RL의 상한값 구하기 그림 2-2.1(b)에서 차광판이 내부에 있을 때 LED에서 방출된 광전류 IL은 포토트랜지스터로 흐르지 않고 광이 누설된다. 전류 IL'과 암전류 Id만 흐른다. 이 때의 컬렉터 VOH의 전위는 VOH=VCC – RL x (Id +IL') 단, 다음 단으로의 입/출력 전류는 무시할 수 있다고 가정한다.
그림 2-2.2
Id는 그림 2-1.5와 같이 주위 온도가 상승함에 따라 급격히 증가하므로 다음 단의 고레벨 입력 전압을 VIH라고 가정하면 다음을 만족할 필요가 있다. VIH< voh="" at="" ta="Topr" (max)="" rl="(VCC" –="" vih)="" (id="" +="" il="" 그런="" 다음="" rl의="" 하한값을="" 구합니다.="" 차광판이="" 내부에="" 없을="" 때="" 광="" 트랜지스터가="" 빛을="" 받습니다.="" 그리고="" 광전류="" il과="" 위에서="" 언급한="" id="" +="" il'이="" 포토="" 트랜지스터에="" 흐른다.통상적으로:="" il="Id" +="" il'이="" 아니면="" 관점에서="" 차광판의="" 존재를="" 판별하기="" 어려워진다.="" 신호대잡음비="" 중="" 이="" 때의="" 컬렉터="" 전위="" vol은="" (4)="" vol="VCC" –="" rl="" (il="" +="" id="" +="" il')="" 다음="" 단으로="" 가는="" 낮은="" 레벨의="" 입력="" 전압이="" 다음과="" 같다고="" 가정한다.="" vil'="" (5)="" vil=""> VOL 식 (4) 및 (5)는 IL의 하한값에서도 만족해야 하며 하한값 IL(MIN)은 IL(MIN) )=클릭률(최소) x Dt x DTa x Dn
그림 2-1.5
Dt: 작동 중 CTR 열화 계수(그림 2-1.7) DTa: CTR 온도 변화(그림 2-1.6) Dn: 먼지 및 오물로 인한 CTR 변화 공식 (4) 및 (5)에서, RL=(VCC – VIL ) / (IL(MIN) + Id + IL') RL이 작을수록 스위칭 시간이 짧아집니다. 발광 소자와 수광 소자의 결합 특성 구하는 방법 다음은 초기 설계로 발광 소자와 검출 소자의 결합 특성을 계산하여 적용 가능 여부를 알아보는 것이다. 그런 다음 2단계로 실제 동작 등을 확인하는 방법을 제시한다. 초기 설계 대표 제품의 커플링 특성은 그림 2-4.1 ~ 2-4.3과 같습니다. 이와 같은 특성도는 발광소자와 검출소자의 조합에 따라 다소 차이가 있다. 일반적으로 d> 다음 계산 방법으로 1cm 이상인 경우 이러한 특성은 개별적으로 조사하지 않고도 대략적으로 얻을 수 있습니다.
(좌)그림 2-4.1 – TLN108과 TPS601A의 커플링 특성 (우)그림 2-4.2 – TLN105B와 TPS703의 커플링 특성
그림 2-4.3 - TLN107A와 TPS608A의 결합 특성
먼저 데이터 시트에 표시된 조건에 따라 발광 소자의 방사 강도 IE(MIN)와 광 검출 소자의 광전류 IL(MIN)을 읽습니다. 복사 강도 IE(mW/sr)는 거리 1cm에서 1cm2의 면적에 복사되는 복사 입사광 EO(mW/cm2)와 같으므로 거리 dcm에서 얻을 수 있는 복사 입사 E(실제)는 다음 공식으로 구합니다. E(Actual) ~ IE/d2(mW/cm2) 광검출 감도 조건에서 광검출소자의 복사 입사를 E라고 가정하면 결합 상태에서의 광전류 IL(actual)은 다음과 같이 구해진다. IL(actual)=IL x(E(actual) / E) 수광전류가 매우 작아 후기회로 설계가 어려운 경우 발광소자의 DC 순방향전류 IF를 높이거나 복사강도 IE(mW/sr)를 높임 ) 펄스 순방향 전류에 의해. 예를 들어 다음 조건에서 검사를 수행합니다. 이미터: IE(MIN)=IF=20mA에서 1mW/sr 검출기: E=0.1mW/cm2에서 IL(MIN)=20μA, VCE=3V 이미터 간 거리 및 감지기: d=1.5cm E(실제) (MIN)=IE / d2=1 x (1/1.52)=0.44mW/cm2(MIN) IL(실제)(MIN) ~ (E(실제) / E) x IL(MIN)=(0.44 / 0.1) x 20μA=88μA IL(실제)(MIN)이 88μA이므로 TTL을 직접 구동할 수 없지만 C-MOS IC를 연결할 수 있다. 그러면 공급 전압에 따라 수광 소자의 부하가 결정되지만, 그 스위칭 속도는 부하 값에 따라 크게 달라지므로 사전에 확인이 필요하다. 포토 센서의 응용 회로 적외선 LED의 응용 회로 적외선 장치의 출력 Po는 LED 순방향 전류 IF에 따라 달라지므로 순방향 전류 제어를 통해 출력의 On-Off 상태를 해결할 수 있습니다. DC 조명 등의 대표적인 조명 방식과 설계 시 주의 사항을 설명합니다. 그림 3-1.1은 DC 전원을 사용할 때 점등하는 기본 회로이다. 이 경우 IF는 다음 공식으로 표현됩니다. IF=(VCC – VF) / R VCC : 공급 전압 VF : LED의 순방향 전압 IF : LED에 흐르는 순방향 전류 PHO 조명 회로 DC
(왼쪽에서 오른쪽으로) 그림 3-1.1 – DC 구동 장치 그림 3-1.2 – 정전류 구동 회로 그림 3-1.3 – 다중 LED 구동 회로
그림 3-1.2는 트랜지스터가 있는 LED의 VF 변화를 다루는 회로이다. 이 회로에서 IF는 다음 공식으로 표현됩니다. IF=(VB – VBE) / R3 VB : 베이스 전압 VBE : 베이스 대 이미 터 전압 R3 : 이미 터 저항 또한 적절하게 설정하면 출력의 온도 의존성을 줄일 수 있습니다. 이 회로의 VBE 및 VB. 출력 전력이 부족하거나 수광 장치가 너무 멀리 있는 경우 그림 3-1.3과 같이 직렬 또는 병렬 연결을 통해 회로를 완성할 수 있습니다. 이 경우 IF=(VCC – nVF) / R (직렬 연결) IF=(VCC – VF) / R (병렬 연결) AC 구동 그림 3-1.4는 거의 반파장 AC 조명의 기본 회로이다. . 일반적으로 두 가지 운전 방법이 있습니다. 둘 다 보호 다이오드를 사용하여 역전압으로부터 LED를 보호합니다. (a)에서 이 보호 다이오드는 공급 전압 VCC에 해당하는 역전압형이고, (b)에서 보호 다이오드의 역전압은 적외선 LED의 순방향 전압의 약 2배가 되어야 한다.
위의 회로에서 공급전압 VCC에 따라 정격전압에 맞는 상수 R을 사용한다. 또한, R은 공급 전압 VCC가 최대가 되는 지점에서 적외선 LED의 순방향 전류 IF의 정격 값으로 제한되도록 선택된다.
그림 3-1.4 - AC 구동 회로
펄스 구동 광 신호를 펄스 변조광으로 변경하면 많은 이점을 얻을 수 있습니다. 펄스 변조 신호의 듀티비가 작을수록 발광 소자의 순시 광출력이 증가하고, 광신호와 주변광을 구별하여 신호대잡음비 향상이 확보된다. 배터리를 전원으로 사용하면 장치의 소비 전력을 줄일 수 있으므로 배터리 수명이 연장됩니다. 수광부의 다음 단과의 RC 결합이 가능해지며 온도 상승으로 인한 암전류 증가의 영향을 피할 수 있습니다. 이 펄스 구동 시스템은 TTL 또는 C-MOS 및 Tr 등과 조합하여 설계되었습니다. 그림 3-1.5에 표시된 회로에서 TTL 또는 C-MOS 장치의 IOL의 전기적 특성에 주의할 필요가 있습니다. IF<를 만족시키기 위해 지나치게 큰 전류를 인가할 수 없기 때문에; IOL. 더 높은 전류를 인가하기 위해서는 그림 3-1.6과 같이 출력 전류 용량이 큰 버퍼 IC를 사용하거나 외부에 트랜지스터를 설치해야 한다. TTL, C-MOS 및 버퍼 IC의 IOL 및 VOL 특성은 참고용으로 표시됩니다.
그림 3-1.5
포토 트랜지스터의 응용 회로 기본 회로 포토 트랜지스터의 기본 회로는 그림 3-2.1에 나와 있습니다. 부하 저항 RL은 포토 트랜지스터의 암전류 온도 특성을 고려하여 선택합니다. RL이 너무 크면 고온에서 암전류에 의해서만 포토 트랜지스터가 ON될 수 있다. 예를 들어 포토 트랜지스터 TPS601A가 Ta=100°C에서 동작할 때 암전류는 약 100μA가 될 수 있습니다. VCC=5V에서 RL이 50kW로 설정되면 TPS601A는 암전류 증가에 의해 완전히 ON 상태로 전환됩니다.
그림 3-2.1 - 포토 트랜지스터의 기본 회로
베이스 단자가 있는 포토 트랜지스터의 바이어스 회로 베이스-이미터 저항 RBE가 암전류와 광전류에 미치는 영향은 그림 3-2.2(a)와 (b)에 나와 있습니다. 일반적으로 포토 트랜지스터의 암전류는 상온에서 수 nA 정도로 작고 베이스와 에미터 사이에 저항 RBE를 삽입하여 콜렉터를 통해 베이스 접합점으로 누설전류를 우회함으로써 암전류를 더욱 감소시킬 수 있다. RBE를 지나치게 작게 하면 포토 트랜지스터의 겉보기 hFE가 저하되어 필요한 광전류(IL)를 얻을 수 없으므로 1MW 이상의 RBE가 적당하다.
그림 3-2.2 (a) – RBE에 의한 암전류 감소 / 그림 3-2.2 (b) – RBE에 의한 광전류 변화
또한, 베이스 단자를 이용하여 포토 트랜지스터의 동작점을 적절한 레벨로 설정할 수 있다. 이 경우 조명-광 전류 특성의 선형성은 베이스 바이어스 전류가 0인 경우에 비해 상당히 개선되었습니다. 또한 그림 3-2.4와 같은 블리더 방식의 바이어스 방식이 있어 실험적으로 DC 동작점에서 열안정성을 향상시키며, RB 값은 2~10MW가 적당한 것으로 판단된다. 이것은 베이스의 임피던스를 높여 포토 트랜지스터의 베이스에 컬렉터와 베이스 접합점에 있는 포토다이오드의 거의 모든 광전류(IL)를 인가하기 위함이다.
그림 3-2.4 (b) - 블리더형 바이어스 방식
온도보상회로 포토트랜지스터의 광전류(IL)와 암전류(Id)는 양의 온도계수를 갖는다. 특히 개별 기술 데이터 시트에서 볼 수 있듯이 암전류는 기하급수적으로 증가합니다. 따라서 주변 온도 50~60°C에서 안정적인 동작을 위해서는 포토 트랜지스터의 암전류 및 광전류에 대한 온도 보상이 필요합니다. 그림 3-2.5에 표시된 회로는 다이오드의 순방향 전압 VF에 의해 유지되는 음의 온도 계수를 사용합니다. 베이스 단자가 없는 포토 트랜지스터를 사용할 때 출력 전압을 보상하는 방법은 그림 3-2.6과 같이 써미스터를 사용하여 포토 트랜지스터의 부하 저항을 줄이는 것이다.
그림 3-2.5 - 저항 다이오드를 이용한 온도 보상 회로
그림 3-2.6 - 써미스터를 이용한 온도 보상 회로
그림 3-2.7(a)의 기본 증폭기 회로는 NPN 트랜지스터를 사용한 Darlington 연결이고, 그림 3-2.7(b)는 PNP 트랜지스터를 사용한 Darlington 연결입니다. 두 회로 모두에서 광전류는 hFE배로 증가하고 출력전류 IC는 hFE가 된다. 일리노이
그림 3-2.7 - 포토 트랜지스터용 증폭기 회로
그림 3-2.8은 연산증폭기에 의한 증폭을 이용한 기본회로의 예를 보여주고 있다.
그림 3-2.8 - 작동 서미스터가 있는 증폭기 회로
스위칭 속도 향상 포토 트랜지스터의 광전류가 작을수록 부하 임피던스를 높여 전압 증폭을 높이면 역효과로 스위칭 속도 특성이 희생될 수 있다. 이에 대한 대책으로 PNP 트랜지스터 기반의 회로(그림 3-2.9(a))나 NPN 트랜지스터의 캐스케이드 연결(그림 3-2)을 통해 임피던스를 변환하여 부하의 크기에 상대적으로 독립적인 스위칭 속도 특성을 얻는 방법이 있습니다. 2.9(나)). 테스트 방법은 광전 스위치/고속 테이프 판독기용 고속 펄스 변조 광 검출 회로에 적용할 수 있습니다.
그림 3-2.9 – 주파수 특성 개선의 예
아날로그 사용 포토 트랜지스터는 내부에 증폭 기능이 장착되어 있어 포토 다이오드보다 높은 감도를 제공합니다. 그러나 감도는 증폭 요인의 차이에 따라 크게 변동합니다. 따라서 가변저항을 사용하여 감도를 보정하거나 특정 감도 등급에 맞게 미리 선택된 제품을 구입해야 합니다.
그림 3-2.14
그림 3-2.14(a)는 트랜지스터 증폭기의 전류를 제어하는 회로이다. 포토 트랜지스터의 컬렉터 전류는 에미터가 접지된 다음 단계 트랜지스터의 베이스를 제어합니다. 포토 트랜지스터의 감도 변동은 이미 터 회로의 피드백 저항 RE에 의해 제어됩니다. 그림 3-2.14 (b)는 트랜지스터 증폭기의 전압을 제어하는 회로이다. 포토 트랜지스터의 콜렉터 전류는 가변 저항에 의해 후기 트랜지스터를 제어하기 위한 전압을 생성한다. 트랜지스터는 팔로워(follower)이며 개별 포토 트랜지스터 간의 변동은 가변 저항(RA)에 의해 수정됩니다. 따라서 포토 트랜지스터의 스위칭 시간은 RA에 의해 변경됩니다. 포토 다이오드의 응용 회로 적외선 LED와 결합하여 포토 다이오드는 두 가지 방식으로 사용됩니다. 디지털 방식으로 빛의 존재를 감지하고 아날로그 방식으로 빛의 양을 감지합니다. 디지털 활용 포토다이오드는 응답속도가 빨라 고속 스위칭에 적합하다. 그러나 한편, 광전류가 작기 때문에 그림 3-3.1(a)와 같이 입력 임피던스가 높은 FET나 그림 3-3.1( 비). 증폭을 높이기 위해 연산 증폭기가 사용됩니다. 고속 응답이 필요한 경우 적절한 고속 애플리케이션에 대한 증폭기를 선택해야 합니다.
그림 3-3.1 - 포로 다이오드의 증폭기 회로(디지털 사용)
Analog 용도 포토다이오드의 조도 및 광전류 특성은 포토트랜지스터에 비해 선형에 가깝고 포토다이오드는 아날로그 분야에서 쉽게 사용할 수 있는 제품이라고 할 수 있습니다. 이러한 유형의 사용에는 선형 증폭과 로그 증폭이 있습니다.
그림 3-3.2 - 포토 다이오드의 증폭기 회로(아날로그 사용)
반사형 포토 센서의 응용 회로 반사형 포토 센서는 두 가지 유형이 있습니다. 초점 유형 및 비 초점 유형. 용도에 따라 적절한 유형을 선택해야 합니다. 도 1 내지 도 4에 도시된 각각의 기본적인 검출 위치 특성에서 알 수 있는 바와 같이. 3-5.1 및 3-5.2에서와 같이 초점형의 흑백 경계면 위치 검출특성이 노초점형보다 선명하다. 따라서 초점 유형은 바코드 감지 응용 프로그램에 대한 비 초점 유형보다 우수합니다. 그러나 물체의 감지에는 작은 비초점 유형이 효과적입니다.
그림 3-5.1 - 비초점형 검출 위치 특성의 예
그림 3-5 - 반사형 광센서 기본 감지 회로
반사형 포토센서는 감지된 물체의 존재를 디지털 방식으로 출력해야 하므로 반사형 포토센서의 다음 출력단에는 그림 3.5-4와 같이 비교기 회로를 연결한다.
그림 3-5.4 비교기가 있는 반사형 포토센서의 연결회로
반사형 포토 센서의 응용 설계는 다음과 같은 이유로 투과형 포토 센서보다 어렵습니다.
반사 물질의 반사 계수는 서로 다릅니다.
반사 물질의 거리를 쉽게 제어 가능
발광면과 검출면이 같은 평면에 있어 외광의 영향을 받기 쉬우므로 누설전류가 증가합니다.
따라서 가능하면 투과형 포토센서를 설계하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
