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フォトトランジスタの出力について
2023/10/18 14:35
- フォトトランジスタ出力をマイコンに入力する際、センシング信号の安定性に課題が生じることがあります。本記事では、フォトトランジスタ出力の安定化方法を提案します。
- フォトトランジスタ出力をマイコンに入力する際、コレクタ出力が所望の動作にならない場合があります。本記事では、トランジスタの接続方法について詳しく解説します。
- フォトトランジスタ出力をマイコンに入力する際、信号の安定性に関しては注意が必要です。本記事では、安定したフォトトランジスタ出力のための対策を紹介します。
フォトトランジスタの出力について
2011/07/19 15:38
現在、フォトトランジスタ出力をマイコンに入力することを考えています。
フォトトランジスタがONの時に入力ポートで'L'にしたいと考えています。
自分なりに試行錯誤して、
・フォトトラのカソードを電源に、エミッタを抵抗を介して接地
・フォトトラのエミッタ出力をNPNトランジスタ（2N2222）のベースに入力し
エミッタ接地、コレクタは抵抗を介して電源に接続
とすれば、トランジスタのコレクタ出力が所望の動作になりました。
しかし、信号がちょっと安定しないようです。
フォトトラはONしていない（はず）時に、コレクタ出力が'L'になったりします。
ひどい時は'L'になりっぱなしになったりします。
文章だけでは分かりにくいかもしれませんが
どうか、詳しい方にご教授頂ければと思います。
宜しくお願いいたします。
質問者が選んだベストアンサー
＞信号がちょっと安定しないようです
前の回答者さんがご指摘のとおり、適切な回路設計がなされていない結果
だと思います。使用するフォトトランジスタ、出力をＨとしたい明るさの
範囲、出力をＬとしたい明るさの範囲など、設計条件を与えて、定量的に
回路設計をしましょう。おそらくは、NPNトランジスタ（2N2222）のベース
エミッタ間に、フォトトランジスタの暗電流をバイパスするため、抵抗器を
並列に接続するなどの対処が必要と思います。
回路設計のことをお尋ねですが、状況から想像すると、フォトトランジスタ
からマイコンポートに至る実装設計には、あまり気を配っていらっしゃらな
いものと思います。フォトトランジスタは、光で導通の度合いが変化します
が、外来ノイズによっても影響を受けやすいものです。きちんと基板に実装
して、シールドケースを被せ、シールド線を使ってマイコンポートまで配線
するなどの配慮が必要と思います。
前記のような対応をしたとしても、マイコンポートに入力される電圧は、ア
ナログ信号であるために時々刻々値が変化する可能性があります。マイコン
のソフトウェアは、フォトトランジスタの出力が不規則に変化しても対応で
きるように設計しておくことが必要と思います。
回答(4)で示されているとおり、アナログ信号はヒステリシス付きのコンパ
レータなどを介してデジタルポートに入力するのが正しい作法です。
また、回答(5)のように、デジタルポートではなく、A/Dコンバータの入力
ポートに接続し、ヒステリシス付きのコンパレータの役目はソフトウェアに
負わせるのも真っ当な設計法です。
とは言っても、アナログの定量的な動作点設計ができていないのでは、話に
なりません。
同じ話を繰り返してお気にさわるかとも思いますが、入射する光の強さ、
フォトトランジスタの特性などのデータに基づき、動作点の設計をすること
がスタートポイントと確信します。
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その他の回答 （6件中 1～5件目)
いっそデジタルインターフェースは諦めて
A/Dコンバータで受けてデジタル化されたデータで判定するというのも一手ですね。
いまどきAruino+ブレボとかで簡易に実験はやれるけど設計はまた別物です。
お礼
2011/07/21 10:50
ありがとうございました。
この方式自体は変えられないのです、すいません。
結局、まったく別の原因で起きていたことが分かり解決しました。
ありがとうございました。
?回答者さんの言うとおりで増幅しすぎ、対策もフォトトランジスタ一段で済ませばよいと思います。
フォトトラ(そんな略語が最近はあるのかね)のカソード？データシートには、そう書いてありましたか・・・・？
お礼
2011/07/21 10:48
ありがとうございました。
結局、まったく別の原因でこの症状がでていたことが判明しましたが
フォトトランジスタ１段でも正常に動作しました。
略語？は私が勝手に書きました。カソードも書き間違いでコレクタのことでした。
すいませんでした。
電気をナメナイデ下さい。
きちんと回路設計が出来ないなら『フォトインタラプタ』のようなシステム部品を使ってください。ＴＲで受けようなんて乱暴です。ヒステリシスコンパレータを使ってきちんとレベル判定をしましょう。
ヒステリシス入力特性のＰＩＯとかもあるはず、ＰＣ用入力ＩＣにも
お礼
2011/07/21 10:46
自分なりに努力しておりナメているわけではないのですが
不愉快な質問をして申し訳ありませんでした。
結局、まったく別の原因で起きていたことが分かりました。
ありがとうございました。
質問には電源電圧も使用している素子や定数も記載されていないので
回答も大雑把な類推にならざるを得ないのですが…と前置きして
フォトトランジスタの暗電流でONになるすれすれの動作条件に
設定されてしまっているように思われます。
暗電流を考慮して次段のエミッタ接地の抵抗を小さく再設定するか、
フォトトランジスタのエミッタ出力とGND間を比較的高抵抗で接続して
暗電流が直接に次段のNPNトランジスタのベースに流れ込む事を阻止すれば、
解決すると思います。
フォトトランジスタは温度による特性変化も大きいので
回路定数の選択はかなり難しいです。
アンプも組み込み済みのフォトＩＣなどを使う方が賢い選択だったりする。
お礼
2011/07/21 10:42
ありがとうございました。
ご指摘いただいた、
>フォトトランジスタのエミッタ出力とGND間を比較的高抵抗で接続
は変化がありませんでした。
いろいろ調べた結果、まったく別の原因（大ポカ）で本現象が
起きていたことを確認でき、解決いたしました。
＞フォトトラのエミッタ出力をNPNトランジスタ（2N2222）のベースに入力
このような構成にすると、所謂ダーリントン接続になって高感度の光スイッチ
のような働きをすると思います。
したがって、少しでも照度があるとNPNトランジスタのベースに電流が流れてONとなり、コレクタ電圧が’L'になります。
フォトトランジスタを使う目的が分かりませんが、フォトカプラ的な使い方をするのであれば、フォトトランジスターのコレクタは抵抗に介して電源に接続し、エミッタを接地すれば、フォトトランジスタON時に’L'になると思います。
お礼
2011/07/21 10:39
御礼遅くなりました。
ご教授いただいた内容で動作しました。
次段にトランジスタが入っているのは実績あるものを参考にしたからでした。
ありがとうございました。
お礼
2011/07/21 10:45
多くのご指摘、ありがとうございました。
いろいろと不勉強で申し訳ありません。
>フォトトランジスタの暗電流をバイパスするため、抵抗器を
>並列に接続するなどの対処が必要
この抵抗を加えても変化は無かったのですが
まったく別の原因でこの現象が起きていたことが分かり
回路はこのままでも解決いたしました。
ありがとうございました。