JP2745637B2 - 直流2線式センサ - Google Patents

直流2線式センサ

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の要約 動作状態の表示を行なう発光素子を備えた直流2線式
センサにおいて、負荷に流れる電流が大きいときにはこ
のセンサの出力回路に流れる負荷電流の一部を発光素子
の駆動回路にフィードバックする。これにより発光素子
の最低限の駆動電流を確保しつつ負荷が小さいときには
余分に流れる電流により発光素子の駆動電流をふやし、
その動作表示を容易に認識することができるようにな
る。
発明の背景 技術分野 この発明は直流2線式センサに関する。
従来技術とその問題点 従来の直流2線式センサの回路図の一例が第4図に示
されている。直流2線式センサはセンサの動作電力の供
給を負荷を通して行なうものである。近接スイッチ、光
電スイッチ、その他のスイッチを含んだセンサ主回路1
の検出信号は出力回路3のトランジスタQ1のベースに与
えられる。出力回路3はトランジスタQ1の他にトランジ
スタQ2、Q4を備え、トランジスタQ1によってトランジス
タQ2が、さらにトランジスタQ2のによって出力トランジ
スタQ4がそれぞれ制御される。トランジスタQ1は出力残
電圧回路としてのツェナー・ダイオードD1と抵抗R1を介
して出力端子O1、O2間に、トランジスタQ2は抵抗R2を介
して出力端子O1、O2間に、トランジスタQ4は直接に出力
端子O1、O2間にそれぞれ接続されている。さらに出力端
子O1、O2間ではツェナー・ダイオードD2が接続されてい
る。
この直流2線式センサの出力端子O1とO2の間には負荷
20と直流電源21とが直列に接続されている。
トランジスタQ1がオフのときトランジスタQ2、Q4もオ
フであって直流電源21の出力電圧が負荷20を介して定電
圧回路2に与えられ、わずかな電流が流れるので、定電
圧回路2からセンサ主回路1に動作電圧が印加される。
センサ主回路1からの検出信号によってトランジスタ
Q1がオンとなると、トランジスタQ2、Q4もオンとなり、
トランジスタQ4を通して負荷20に負荷電流が流れる。こ
の負荷電流は負荷20の大きさによって定まる。このとき
抵抗R1の降下電圧と、ツェナー・ダイオードD1のツェナ
ー電圧とトランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間電圧V
CE1との和電圧によってセンサ主回路1の動作に必要な
電圧(出力残留電圧)が決定される。
ところでセンサの動作状態を現わす表示器を具備する
ことが当然のこととして要請され、そのために設けられ
ているのが発光ダイオード5およびその駆動回路8であ
る。この発光ダイオード5はセンサの検出信号によっ
て、すなわちトランジスタQ4がオンとなったときに点灯
する。
この直流2線式センサの出力回路3がオンになって負
荷電流が流れたとき、負荷電流の一部は上述のようにセ
ンサの動作を確保するために使用される。負荷20の負荷
電流がセンサの動作電流よりも小さいときにはセンサは
安定に動作し得ない。逆にいうと、センサの安定動作の
ために要求される電流よりも負荷電流の小さい負荷には
このセンサは使用できない。低消費電力の観点から負荷
電流の小さい負荷がふえてきている。したがって、直流
2線式センサとしても消費電流の小さいものが好まし
い。しかしながら直流2線式センサにおいてはセンサ主
回路1および定電圧回路2の駆動に必要な電流、出力残
留電圧の発生に必要な電流、表示器の表示に必要な駆動
電流が最低限必要である。消費電力を少なくするために
表示器に必要な駆動電流を下げると、直流2線式センサ
の動作には支障をきたさないが、表示器による動作表示
が非常に見づらくなる。
発明の概要 発明の目的 この発明は、負荷電流が少ないときにはそれに応じて
最小限の発光強度を保つが、充分な負荷電流が流れてい
るときにはその一部を発光素子に流し、動作表示を見や
すくすることができる直流2線式センサを提供すること
を目的とする。
発明の構成および効果 この発明による直流2線式センサは,センサ回路,出
力回路,発光素子駆動回路,負荷電流検出回路および電
流加算回路,ならびに出力端子を含み,出力端子が負荷
を介して電源に接続され,電源から負荷を通して出力端
子に与えられる動作電力が上記の諸回路に供給されるも
のである。センサ回路は物体の有無を検出して,物体有
および物体無のいずれか一方の検出状態において検出信
号を出力する。出力回路は上記出力端子間に接続された
スイッチング素子を含み,センサ回路から与えられる検
出信号に応答してスイッチング素子をオンする。発光素
子駆動回路は動作表示用発光素子を含み,センサ回路か
ら与えられる検出信号に応答して,発光素子に視認可能
な発光を生じさせる最低限以上の電流で発光素子を駆動
する。負荷電流検出回路は,センサ回路,出力回路およ
び発光素子駆動回路の動作に要求される電流を超える負
荷電流が上記スイッチング素子に流れていることを検出
し,検出した負荷電流の一部を電流加算回路に供給す
る。電流加算回路は負荷電流検出回路から供給された電
流を,発光素子駆動回路によって発光素子に流される駆
動電流に加える。
必要に応じて,上記発光素子に加える電流の上限値を
制限する電流制限回路が設けられる。
この発明によると,センサ回路が検出信号を出力した
ときには,これに応答して動作表示用発光素子の発光が
視認できうる最低限以上の電流で動作表示用発光素子を
駆動している。これにより発光素子には最小限の電流を
流せばよいので負荷電流の下限を広げることができる。
そして,負荷電流が大きいときには,2線式センサが安定
に動作するのに必要な電流以上が流れたときに,この余
分な電流を動作表示用発光素子に供給し,発光素子の駆
動電流を増大させているので,動作表示が明るくなり見
やすいものとなる。
実施例の説明 第1図はこの発明による直流2線式センサの実施例を
示す回路図である。この図において第4図に示すものと
同一物には同一符号を付す。
第1図に示す回路ではトランジスタQ2のベースに共通
にトランジスタQ3のベースが接続されている。トランジ
スタQ3のエミッタは抵抗R8を介して一方の出力端子O1
接続されている。トランジスタQ3と抵抗R8とによって負
荷電流検出回路6が構成されている。トランジスタQ3
コレクタは電流制限抵抗R3を介して電流ミラー回路10と
接続されている。電流ミラー回路10はトランジスタQ5
トランジスタQ6とから構成され、一方のトランジスタQ5
がトランジスタQ3から流入する電流I3によって駆動され
る。
動作表示用発光ダイオード5の駆動回路8は、トラン
ジスタQ7とトランジスタQ8とから構成される電流ミラー
回路11を含んでいる。電流ミラー回路11を構成する一方
のトランジスタQ7はそのコレクタが発光ダイオード5と
接続され、この接続点12に電流ミラー回路10のトランジ
スタQ6のコレクタが接続されている。接続点12は電流加
算回路を構成している。電流ミラー回路11を構成する他
方のトランジスタQ8はコレクタとベースとが共通に接続
され、センサ主回路1の検出信号に応じてオン、オフ制
御されるスイッチング素子4を介して定電流源7に接続
されている。定電流源7は発光ダイオード5に目視可能
な発光を生じさせる最小限以上の所定電流I0を出力す
る。
センサ主回路1の検出信号がトランジスタQ1のベース
に与えられると、上述のようにトランジスタQ4がオンと
なり負荷20に電流が流れる。センサ主回路1の検出信号
はスイッチング素子4にも与えられ、このスイッチング
素子4がオンとなると定電流源7から出力される電流I0
によって電流ミラー回路11のトランジスタQ8が駆動され
るので、トランジスタQ7にも電流I0が流れ、発光ダイオ
ード5が発光する。この発光によって最小限必要な動作
表示が行なわれる。
一方,トランジスタQ2のコレクタ電流をI2,トランジ
スタQ3のコレクタ電流I3とすると下式が成立する。
VBE2=VBE3+R8I3 …(1) ただしVBE2はトランジスタQ2のベース・エミッタ間電
圧,VBE3はトランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧で
ある。
上記第(1)式は次式のように書換えることができ
る。
(KT/Q)1n(I2/Is2) =(KT/Q)1n(I3/Is3)+R8I3 …(2) ここでKはボルツマン定数,Tは絶対温度,Qは電子の電
荷量,Is2はトランジスタQ2の逆方向の飽和電流,Is3はト
ランジスタQ3の逆方向の飽和電流である。
第(2)式から分るようにコレクタ電流I2が少ないと
きはコレクタ電流I3はほとんど流れない。負荷電流の増
大によりコレクタ電流I2が多くなるとコレクタ電流I3
増大し、この電流I3は抵抗R3を介して電流ミラー回路10
を構成するトランジスタQ5に与えられる。トランジスタ
Q5に電流I3が流れるとトランジスタQ6にそれに等しい電
流I3が流れ、接続点12に加えられる。これにより発光ダ
イオード5の駆動電流がI0からI0+I3になる。したがっ
て、発光ダイオード5はより明るく発光することとな
る。このようにして、負荷電流が増大するとそれに応じ
て動作表示も明るくなり、見やすくなる。発光ダイオー
ド5の駆動電流に加えられる電流I3は、センサ主回路
1、定電圧回路2および出力回路3を安定に動作せさる
のに必要な電流を負荷電流から除いた余分な電流である
から、これらの回路の動作に支障は全く生じない。
ところでコレクタ電流I3は次式で表わすことができ
る。
I3=(VR−R8I3−VCE3−VBE5)/R3 …(3) VRはトランジスタQ1がオンしたときの出力残留電圧、
VCE3はトランジスタQ3のコレクタ・エミッタ間電圧、V
BE5はトランジスタQ5のベース・エミッタ間電圧であ
る。
第(3)式に示すように抵抗R3によってコレクタ電流
I3が制限され、抵抗R3を可変にすることによって発光ダ
イオード5に加えられる駆動電流の最大値を調節ること
ができる。
第2図は他の実施例を示す回路図である。この図にお
いても第4図に示すものと同一物には同一符号を付す。
第2図を参照して出力回路13に含まれるトランジスタ
Q4のコレクタは抵抗R4を介して一方の出力端子O1と接続
されている。この抵抗R4に対して並列に抵抗R5と抵抗R6
とが接続されている。トランジスタQ9のベースは抵抗R5
と抵抗R6との接続点に接続され、そのエミッタは一方の
出力端子O1に、そのコレクタは電流制限抵抗R7を介して
動作表示用発光ダイオード5と接続されている。抵抗
R4、R5、R6およびトランジスタQ9によって負荷電流検出
回路16が構成されている。
動作表示用発光ダイオード5の駆動回路18は、定電流
源7とスイッチング・トランジスタQ10とから構成され
る。定電流源7は定電圧回路2と接続点14との間に接続
されている。接続点14は電流加算回路を構成している。
スイッチング・トランジスタQ10はセンサ主回路1の検
出信号に応じてオン、オフ制御される。
センサ主回路1の検出信号がトランジスタQ1のベース
に与えられると、トランジスタQ4がオンとなり負荷20に
電流が流れる。センサ主回路1の検出信号はスイッチン
グ・トランジスタQ10にも与えられ、このスイッチング
・トランジスタQ10がオンとなると定電流源7から出力
される電流I0によって発光ダイオード5が発光する。
一方、抵抗R4に流れる電流をI4、抵抗R6を流れる電流
をI6、トランジスタQ9に流れる電流をI7とすると次式が
成立する。
I4R4=I6R6+VBE9 …(4) 上記第(4)式を書換えると第(5)式となる。
(KT/Q)1n(I7/Is9)=I4R4−I6R6 …(5) VBE9はトランジスタQ9のベース・エミッタ間電圧、I
s9はトランジスタQ9の逆方向の飽和電流である。またI6
=VBE9/R5であるから第(5)式はさらに次式のように
書換えることができる。
1n(I7/Is9)={I4R4−(R6/R5)VBE9}/(KT/Q) …(6) 第(6)式から分るようにセンサ主回路1から検出信
号が出力されると電流I4が流れることにより電流I7が接
続点14に加えられる。これにより駆動電流がI0からI0
I7になる。したがって発光ダイオード5はより明るく発
光することとなる。このようにして第2図に示す回路に
おいても負荷電流が増大するとそれに応じて動作表示も
明るくなり、見やすくなる。また発光ダイオード5の駆
動電流I0に加えられる電流I7もセンサ主回路1、定電圧
回路2および出力回路13を安定に動作させるのに必要な
電流を負荷電流から除いた余分な電流であるから、これ
らの回路の動作に支障は全く生じない。
第3図は第2図に示す回路における発光ダイオード5
の駆動電流と負荷電流との関係を示すグラフである。発
光ダイオード5は負荷電流がI10を越えると電流が加算
される。この負荷電流I10は次式によって表わすことが
できる。
I10=(R5+R6)・VBE9/(R4R5) …(7) また発光ダイオード5の駆動電流は抵抗R7によって最
大値が制限される。この制限電流I11は次式で表わされ
る。
I11=(VR−VCE9−V5−VCE10)/R7 …(8) V5は発光ダイオードに生じる電圧、VCE10はトランジ
スタ10のコレクタ・エミッタ間電圧である。第(8)式
より抵抗R3を可変とすることによって発光ダイオード5
の駆動電流の最大値を調節することができることがわか
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す回路図、第2図は他の
実施例を示す回路図、第3図は発光ダイオードの駆動電
流と負荷電流との関係を示すグラフである。 第4図は従来例を示す回路図である。 1……センサ主回路、 3、13……出力回路、 8、18……駆動回路、 6、16……検出回路、 12、14……接続点(電流加算回路)、 R3、R7……電流制限用抵抗。
フロントページの続き (72)発明者 元氏 知史 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立石電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−77317(JP,A) 特開 昭63−78614(JP,A) 実開 昭57−15543(JP,U) 実開 昭58−64141(JP,U) 実開 昭56−152431(JP,U) 実開 昭57−15054(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】センサ回路,出力回路,発光素子駆動回
    路,負荷電流検出回路および電流加算回路,ならびに出
    力端子を含み,上記出力端子が負荷を介して電源に接続
    され,上記電源から負荷を通して上記出力端子に与えら
    れる動作電力が上記の諸回路に供給される直流2線式セ
    ンサであり, 上記センサ回路は物体の有無を検出して,物体有および
    物体無のいずれか一方の検出状態において検出信号を出
    力するものであり, 上記出力回路は上記出力端子間に接続されたスイッチン
    グ素子を含み,上記センサ回路から与えられる検出信号
    に応答して上記スイッチング素子をオンするものであ
    り, 上記発光素子駆動回路は動作表示用発光素子を含み,上
    記センサ回路から与えられる検出信号に応答して,上記
    発光素子に視認可能な発光を生じさせる最低限以上の電
    流で上記発光素子を駆動するものであり, 上記負荷電流検出回路は,上記センサ回路,上記出力回
    路および上記発光素子駆動回路の動作に要求される電流
    を超える負荷電流が上記スイッチング素子に流れている
    ことを検出し,検出した負荷電流の一部を上記電流加算
    回路に供給するものであり, 上記電流加算回路は上記負荷電流検出回路から供給され
    た電流を,上記発光素子駆動回路によって上記発光素子
    に流される駆動電流に加えるものである, 直流2線式センサ。
  2. 【請求項2】上記発光素子に加える電流の上限値を制限
    する電流制限回路を備えている請求項(1)に記載の直
    流2線式センサ。
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