零電完全理解(09) フォトリフレクタ

(※ニコニコ動画「零からの電子工作」シリーズは私の作ではなく、剣菱P氏という別の方です。私は動画を見て学ぶ側です。)


久々の零電です。
今回は零電完全理解(09) フォトリフレクタの回です。
http://www.nicovideo.jp/watch/sm12884261
零電は後半になるほど1回の講義量が減っていくので、がんばって続けたいと思います。




1)トランジスタの復習


9_2.jpg

ベースからの電流が十分で飽和状態の時には、
抵抗がほとんどなくなるため、電圧は低くなる。
ベースからの電流が小さいと、
抵抗が高くなり、電圧も高くなる。
完全に閉めると、電流が流れなくなり、電圧は電源電圧と同じになる。



2)コレクタ損失の復習

コレクタ損失ははP=VI
コレクタ損失が最大になるのは、半開きの時。
完全に閉じれば電流がゼロ、
完全に開けば電圧がほぼゼロ。
つまりV×Iの値が0になり、コレクタ損失はほとんど無くなる。


9_3.jpg



3)開いたり閉じたりすると

開閉の回数が少なければ、平均すればほとんど損失はない。
開いたり閉じたりすると、平均の損失が増える。

9_4.jpg



4)トランジスタの抵抗と飽和の関係


抵抗が小さければ、少し開けば飽和する。
抵抗が大きければ、飽和させるのに大きく開く必要がある。

9_1.jpg



5)フォトリフレクター

9_5.jpg
RPR―220
あしが4本。中にLEDのようなものが2個入っている。
1個130円ぐらい。

9_6.jpg
中身の図。
左が赤外線LED、右がフォトトランジスタ。
フォトトランジスタは、トランジスタなのにベース記号がない。
実は、光がベースのかわりになっている。

9_7.jpg
LEDの赤外線が物体に反射し、フォトトランジスタで受ける。



6)実験:エミッタとコレクタの電圧変化を調べる。

9_10.jpg

紙を近づけると電圧が下がる。
(ちなみに、赤外線は肉眼では見えないが、カメラには映る。)
紙が近づきすぎると、光が反射しなくなるので、逆に電圧が上がってしまう。



7)抵抗

6)の実験では、コレクタの上につけていた抵抗が50kと、比較的大きなもの。
抵抗が大きいということは、コレクタに流す電流量がそもそも小さいので、
ちょっとのベース電流で、すぐに飽和できる。

5kの抵抗に交換すると、飽和のためにベース電流がたくさん必要になる。
(感度が鈍る。)



8)データシート

9_12.jpg
最大定格。半分ぐらいのアンペアで使うのがよい。


9_13.jpg
出力と距離の特性。
一定距離以上近づけると、電圧が下がってくる。
この場合、距離が6mmの時、もっとも効率よく光が返ってくる。



9_14.jpg
LEDの抵抗を決定する。
LEDに流す電流を20mAとすると、
「順電流―順電圧特性」の表より、電圧降下は1.1V。

R = V / I より、
LED側の抵抗にかかる電圧は、(電源電圧‐降下電圧)ということで、
(5V-1.1V) / 0.02A = 195Ω


9_15.jpg
コレクタに付ける抵抗を決定する。
コレクタに流す電流を1mAとして設計する。
飽和した状態で1mAなので、
抵抗にかかる電圧は5Vとする。(1mA分の電圧は誤差の範囲?)
コレクタ側の抵抗にかかる電圧は、R= 5V / 0.001A = 5kΩ



9)配線

①アノード(LED プラス)
②カソード(LED マイナス)
③コレクタ(フォトトランジスタ プラス)
④エミッタ(フォトトランジスタ マイナス)
を間違えずに配線。

9_16.jpg



10)実験

9_17.jpg

白は反射、黒は反射しない。
この回路では、グレーは白と反応した。



11)グレーを黒と反応させるには?


9_18.jpg

グレーで少し反射したぐらいでは反応しないようにすればよい。


9_19.jpg

9_20.jpg

9_21.jpg

コレクタ側の抵抗を小さくすることで、
ゲートを開くための電圧が増す。
つまり、ベースにより多くの電圧(=光量)が必要になる。

グレーを白とみなすか、黒とみなすかは、
可変抵抗をつけて調整すればよい。

9_23.jpg


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二名川(ニナガワ)

Author:二名川(ニナガワ)
ホビーロボットをレトロゲームが発展したものと捉えて楽しく遊び倒します。
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■作成中の機体
汎用ヒト型決戦遊具 ~RX計画~
RX-7.5 ゼロタンク
RRf-0.6 ゼニィ
RXM-7.9 ゼムネス
RX-7.5R 量産型ゼロタンク
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SMS-0.1 ゼロライナー
以下続く

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