KR950001922B1 - 광결합 검출장치 - Google Patents

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KR950001922B1
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Abstract

내용없음.

Description

광결합 검출장치
제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 2단자형 광결합 검출장치의 일예를 나타낸 회로도.
제2도는 제1도에 도시된 정전류회로의 한 구체예를 나타낸 회로도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 4단자형 광결합 검출장치의 일예를 나타낸 회로도.
제4도는 종래의 2단자형 광결합 검출장치를 나타낸 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전원단자 2 : 출력단자
3 : 발광소자 4 : 수광소자
5 : 증폭회로 6 : 스위치용 트랜지스터
8,9 : 구동 전류 인가단자 10 : 2단자형 검출장치
20 : 정전류회로 30 : 4단자형 검출장치
D:다이오드
[산업상의 이용분야]
본 발명은 광결합의 유뮤에 따라 물체검출을 행하기 위한 광결합 검출장치에 관한 것으로, 특히 발광소자 및 수광소자에 반도체소자를 사용한 광결합 검출장치에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
종래의 광결합 검출장치로서는, 예컨대 제4도에 나타낸 바와같이 2단자형 검출장치가 알려져 있다. 이 2단자형 검출장치는, 전체가 일체로 형성되어 있고, 외부단자로서 전원단자(1)와 출력단자(2)의 2단자를 갖추고 있다. 이 2단자형 검출장치에 있어서, 발광소자(3) 및 수광소자(4)는 소정의 위치에서의 검출대상으로 되는 물체(도시하지 않음)의 존재여부에 따라 광결합의 유무가 정해지도록 배치되어 있다. 상기 발광소자(3)는, 상기 전원단자(1)와 출력단자(2)간에 저항(R1)과 직렬로 접속되어 있다. 상기 수광소자(4)의 광전변환 출력신호(예컨대 포토다이오드의 전류출력)는 전원단자(1)로부터 동작전원이 공급되는 증폭회로(5)에 입력되고, 이 증폭회로(5)의 출력에 의해 스위칭제어되는 스위치소자(6:예컨대 NPN트랜지스터)는 상기 저항(R1)에 병렬로 접속되어 있다. 이 경우, 스위치용 트랜지스터(6)의 콜랙터는 발광소자(3)의 캐소드에 접속되어 있고, 이 발광소자(3)의 애노드는 전원단자(1)에 접속되어 있다. 여기서, 상기 수광소자(4), 증폭회로 (5), 스위치소자(6) 및 저항(R1) 수광부(7)를 형성하고 있다.
다음에는 상기 2단자형 검출장치의 사용방법과 동작에 대해 설명한다.
출력단자(2)와 외부의 접지전위(GND)간에 부하저항(RL;외부저항)을 접속하고, 전원단자(1)에 전원전압(Vcc)을 인가한다. 그에 따라, 발광소자(3)는 구동전류가 공급되어 발광하고, 수광소자(4)SSM 발광소자(3)와의 광결합의 유무에 따라 정해지는 신호를 출력하게 되는 바, 이 출력신호는 증폭회로(5)에서 증폭되고, 스위치용 트랜지스터(6)는 발광소자(3)와 수광소자(4)의 광결합의 유무에 따라 증폭회로(5)의 출력에 의해 온/오프된다.
즉, 발광소자(3)와 수광소자(4)간에 물체가 없는 경우「수광소자(4)는 입광상태」에는, 스위치용 트랜지스터(6)는 베이스전류가 충분히 공급되어 온되고, 그 콜렉터·에미터간은 포화상태로 들어간다. 이 콜랙터·에미터간 포화전압을 VCE(sat), 발광소자(3)의 순방향전압을 VF로 나타내면, 출력단자(2)의 출력접압(Vo)은,
Vo=Vcc-VF-VCF(sat)………………………………(1)
로 된다.
상기와는 반대로, 발광소자(3)와 수광소자(4)간에 물체가 있는 경우「수광소자(4)는 차광상태」에는, 스위치용 트랜지스터(6)가 오프된다. 따라서, 발광소자(3)를 흐르는 전류(IF)는 저항(R1)으로부터 외부의 부하저항(RL)으로 흐르게 되므로, 출력전압(Vo)는,
Vo=(Vcc-VF)/ (1+R1/RL)……………………………(2)
로 된다. 여기서, R1＞RL로 되도록 정수를 선택하면 (1)＞(2)식으로 되어 발광소자·수광소자간의 물체의 유무에 따라 출력전압(Vo)이 변하게 되는바, 이 출력전압(Vo)의 변화에 의해 물체의 유무를 검출할수 있게 되는 것이다.
그러나, 상기한 바와 같이 종래의 2단자형 검출장치는, 이하에 기술되는 이유에 의해 전원접압(Vcc)의 사용범위가 제한되었다. 즉, 발광소자(3)와 수광소자(4)간에 물체가 있는 경우에 출력전압(Vo)은 (2)식으로 주어지지만, 이때 발광소자(3)를 흐르는 전류(IF)는,
IF=(Vcc-VF)/ (R1+RL)………………………………(3)
로 주어지는 바, 전원접압(Vcc)의 사용범위가 넓은 경우, 발광소자(3)의 순방향전압(VF)은 거의 일정하지만 발광소자(3)를 흐르는 전류(IF)가 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 수치예를 들어 보면,
VF=2V, R1=1kΩ, RL=300Ω
로 하면, (3)식으로부터
Vcc=5V일 때, IF=2.31mA
Vcc=24V일 때, IF=16.9mA
로 되어, 전원접압(Vcc)이 약 5배 변화한 경우에 발광소자전류(IF)는 약 7배 변화하게 된다.
따라서, 사용전원전압에 따라서는 발광소자전류(IF)가 커지므로, 발광소자(3)에 부하가 많이 걸려 그 특성의 열화를 일으킨다거나, 반대로 발광소자전류(IF(가 작아지는 경우에는 발광소자·수광소자간의 광결합이 약해져서 물체검출의 정상동작이 어렵게 되는 등의 문제가 있었다.
상기한 바와같이 종래의 광결합 검출장치는, 전원접압 사용범위가 넓은 경우에 발광소자전류가 크게 변화하고, 발광소자전류가 커지는 경우에는 발광소자에 부하가 많이 걸려 그 특성의 변화를 일으키며, 발광소자전류가 작아지는 경우에는 발광소자·수광소자간의 광결합이 약해져서 물체검출의 정상동작이 어렵게 되는 등의 문제가 있으므로, 전원전압의 사용범위가 제한되었다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 발광소자에 적당히 일정의 순방향전류를 흐르게 할 수 있고, 전원전압의 대소에 관계없이 정상적인 동작이 가능하며, 전원전압의 사용범위를 확대할 수 있는 광결합 검출장치를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
상기한 목적을 달성하기 위해 제 1발명은, 발광소자와 수광소자의 광결합의 유무에 따라 물체검출을 행하기 위한 광결합 검출장치에 있어서, 전원단자와 출력단자간에서 상기 발광소자에 직렬로 접속된 정전류회로와, 이 정전류회로에 병렬로 접속되어 상기 광결합의 유무에 따라 수광소자의 광전변환 출력신호에 의해 스위칭제어되는 스위치소자를 구비한 것을 특징으로 한다.
제2발명은, 발광소자와 수광소자의 광결합의 유무에 따라 물체검출을 행하기 위한 광결합 검출장치에 있어서, 전원단자와 출력단자간에 직렬로 접속된 적어도 1개 이상의 다이오드 및 정전류회로와, 이 정전류회로에 병렬로 접속되어 상기 광결합의 유무에 따라 수광소자의 광전변환 출력신호에 의해 스위칭제어되는 스위치소자 및, 상기 발광소자의 양단측에 각각 접속된 1쌍의 구동전류 인가단자를 구비한 것을 특징으로 한다.
[작용]
상기와 같이 구성된 본 발명의 광결합 검출장치에 의하면, 발광소자에 적당히 일정의 순방향전류를 흐르게 할 수 있고, 전원전압의 대소에 관계없이 정산적인 동작이 가능하며, 전원접압의 사용범위를 확대할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제 1도는 본 발명의 광결합 검출장치의 제 1실시예에 따른 2단자형 검출장치(10)를 나타낸 것으로, 제4도를 참조해서 설명한 종래의 2단자형 검출장치와 비교해서, 저항(R1) 대신에 정전류회로(20)가 접속되어 있는 점이 다를 뿐, 그밖의 회로구성이라던가 전체가 일체적으로 형성되어 있고 외부단자로서 전원단자(1)와 출력단자(2)를 갖춘 점은 동일하므로, 제4도와 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략하기도 한다.
상기 2단자형 검출장치(10)의 사용방법은 종래예와 동일하고, 그 동작도 종래예와 거의, 동일하지만, 정전류회로(20)를 접속함으로써 전원전압(Vcc)의 크기에 의존하지 않고 [단, Vcc≥VF+VCE(sat)로 한다.] 발광소자(3)에 적당히 일정의 전류(IF)를 흐르게 하는 것이 가능하게 되어 전원전압(Vcc)의 대소에 관계없이 정상적인 동작이 가능하게 된다.
제2도는 제1도중의 전원단자(1), 출력단자(2), 발광소자(3), 스위치용 트랜지스터(6)와 더불어 정전류회로(2))의 한 구체예를 나타내고 있다. 정전류회로(20)는, 에미터가 전원단자(1)에 접속되고 베이스·콜렉터 상호가 접속된 PNP트랜지스터(Q1)와, 에미터 및 베이스가 상기 트랜지스터(Q1)의 에미터 및 베이스와 공통접속된 PNP트랜지스터(Q2), 상기 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와, 상기 발광소자(3)의 캐소드간에 접속된 저항 (R2), 상기 트랜지스터(Q3)와 콜렉터끼리가 접속되고 콜렉터· 베이스 상호가 접속되며 에미터가 출력단자(2)에 접속된 NPN트랜지스터(Q3) 및 베이스 및 에미터가 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스 및 에미터와 공통접속되고 콜렉터가 상기 발광소자(3)의 캐소드에 접속된 NPN트랜지스터(Q4)로 이루어진다.
여기서, 트랜지스터(Q1)의 베이스·에미터간 전압을 VBE로 나타내면, 트랜지스터(Q1)를 흐르는 전류(I1)는
I1=(VF-VBE)/ R2………………………………(4)
로 주어진다. 이 전류(I1)가 기준전류이고, 이 전류(I1)는 발광소자(3)의 순방향전압 (VF)의 의해 결정된다. 한편, 트랜지스터 Q1과 Q2, 트랜지스터 Q3와, Q4는 각각 전류미러회로를 형성하고 있고, 트랜지스터 Q1과 Q2의 에미터면적비를 1:m, 트랜지스터 Q3와 Q4의 에미터면적비를 1:n으로 하며, 각각의 트랜지스터의 전류증폭룰(hFE)이 에미터면적비 m,n에 비해 충분히 크다고 하면, 트랜지스터(Q4)를 흐르는 전류(I4)는
14=m×n×I1
=m·n·(VF-VBF)/ R2………………………………(5)
이고, 그에 따라 발광소자(3)에 일정의 전류(I4)를 흐르게 할 수 있다.
상기한 정전류회로(20)와 같이, 정전류회로(20)의 기준전류(I1)를 결정하기 위한 기준전압원으로 발광소자(3)의 순방향전압(VF)을 사용함으로써, 회로의 간소화, 소비전류의 저감화가 가능하게 된다.
제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 4단자형 검출장치(30)을 나타낸 것으로, 제1도를 참조해서 설명한 2단자형 검출장치(10)와 비교해서 전원단자(1)와 출력단자(2)간의 발광소자(3) 대신에 적어도 1개 이상의 다이오드(D)가 접속되고, 발광소자(3)의 양단측에 각각 접속된 1쌍의 구동전류 인가단자(8,9)를 갖추며, 외부단자로서 전원단자(1)와 출력단자(2) 및 상기 1쌍의 구동전류 인가단자(8,9)의 4단자를 갖춘 점이 다를 뿐, 그 이외의 것은 동일하므로, 제 1도와 동일한 부분에는 동일한 도면번호를 붙이고 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이 4단자형 검출장치(30)의 사용방법 및 동작은 기본적으로는 상술한 2단자형 검출장치(10)와 동일하지만, 발광소자(3)를 독립적으로 구동할 수 있고, 출력전압(Vo)의 취할 수 있는 최대치는 다이오드(D)부의 순방향전압을 VF로 나타내면,
Vo=Vcc-VF'-VCD(sat)…………………………………(6)
이다. 즉, 상술한 2단자형 검출장치(10)의 출력접압(Vo)은 발광소자(3)의 순방향전압(VF)에 의해 임의적으로 결정되는데 반해, 상기 4단자형 검출장치(30)에서는 접속되는 다이오드(D)의 개수에 의해 순방향전압(VF')을 변경하여 출력접압(Vo)의 취할 수 있는 최대치를 변경할 수 있다. 단, VF-VCE(sat)의 전압으로 증폭회로(5)가 동작하는 것이 전제이다.
이것을 수치예를 들어 설명하면, 상술한 2단자형 검출장치(10)에서는 발광소자(3)의 순방향전압(VF)을 2V, 콜렉터·에미터간 전압「VCE(sat)]을 0V로 가정한 경우, 전원전압 Vcc=5V일 때 출력전압(Vo)의 최대치는 3V로 일의적으로 결정되는데 반해, 상기 4단자형 검출장치(30)에서는 1개의 다이오드(D)의 순방향 전압을 0.7V(실리콘·다이오드의 경우)로 하면, 다이오드(D)를 1개 접속한 경우에는 출력전압(Vo)의 최대치는 4.3V이고, 다이오드(D)를 2개 접속한 경우에는 출력전압(Vo)의 최대치는 3.6V로 된다.
또한 제3도중의 정전류회로(20)의 한 구체예로서는 제2도에 나타낸 정전류회로(20)중의 발광소자(3) 대신에 다이오드(D)를 예컨대 2개 직렬로 접속하면 좋다.
또, 상기 각 실시예의 트랜지스터의 극성(NPN,PNP)을 반대로 함과 더불어 전원극성을 반대로 하도록 변경하거나, 혹은 바이폴라 트랜지스터 대신에 전계호과 트랜지스터를 사용하여 구성해도 좋다.
더욱이, 상기 각 실시예의 광결합 검출장치(10,30)의 사용방법으로서, 외부저항(RL)을 전원단자(1)측에 접속함과 더불어 출력단자(2)를 접지하도록 변경하여 출력접압(Vo)의 논리레벨을 반전시키는 것이 가능하다.
한편, 본원청구범위의 각 구성요건에 병기한 도면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예에 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와같이 본 발명의 광결합 검출장치에 의하면, 발광소자에 적당히 일정의 순방향전류를 흐르게 할 수 있고, 전원전압의 대소에 관계없이 정상적인 동작이 가능하며, 전원전압의 사용범위를 확대할 수 있게 된다. 즉, 2단자형 검출장치에서는 스위치소자에 병렬로 정전류회로를 접속하므로써, 전원전압의 사용범위가 넓은 경우에도 발광소자에 일정의 전류를 흐르게 할 수 있으므로, 종래의 2단자형 검출장치와 같은 발광소자전류의 과부족에 의한 동작이상을 개선할 수 있게 된다.
또, 발광소자 대신에 다이오드를 접속한 4단자형 검출장치의 경우에는 2단자형 검출장치에 비해 다이오드를 접속하는 개수의 변경에 의해 출력전압의 취할 수 있는 최대치를 변경할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 전원단자(1)와, 출력단자(2), 애노드가 상기 전원단자(1)에 접속된 발광소자(3), 애노드가 상기 출력단자(2)에 접속되고, 상기 발광소자(3)와 광결합하는 위치에 배치됨과 더불어 상기 발광소자(3)와의 사이에 차광성물체가 위치하고 있지 않은 경우에 상기 발광소자(3)로부터의 광을 수광하여 전기신호로 변환하여 출력하며, 상기 발광소자(3)와의 사이에 차광성 물체가 위치하는 경우에 상기 발광소자(3)로부터의 광을 수광하지 않고 전기신호의 출력을 행하지 않는 수광소자(4), 상기 발광소자(3)와 상기 출력단자(2)간에 접속되고, 상기 수광소자(4)의 광의 수광의 유무에 따른 수광소자(4)의 광전변환 출력신호에 의해 스위칭제어되는 스위치소자(6) 및, 이 스위치소자(6)에 병렬로 접속됨과 더불어 상기 전원단자(1)와 상기 출력단자(2)간에서 상기 발광소자(3)에 직렬로 접속되어 상기 발광소자(3)에 정전류를 흐르게 하는 정전류회로(20)를 구비한 것을 특징으로 하는 광결합 검출장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전류회로(20)는, 에미터가 상기 전원단자(1)에 접속되고 베이스 및 콜렉터상호가 접속된 제1PNP트랜지스터(Q1)와 에미터 및 베이스가 상기 제1PNP트랜지스터(Q1)의 에미터 및 베이스와 공통접속된 제2PNP트랜지스터(Q2), 상기 제1PNP트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 상기 발광소자(3)의 캐소드간에 접속된 저항(R2), 상기 제2PNP트랜지스터(Q2)와 콜렉터끼리가 접속되고 콜렉터·베이스상호가 접속되며 에미터가 상기 출력단자(2)에 접속된 제1NPN트랜지스터(Q3) 및, 베이스 및 에미터가 상기 제1NPN트랜지스터(Q3)의 베이스 및 에미터와 접속되고 콜렉터가 상기 발광소자(3)의 캐소드에 접속된 제2NPN트랜지스터(Q4)를 갖춘 것을 특징으로 하는 광결합 검출장치.
  3. 전원단자(1)와, 출력단자(2), 2개의 구동전류 인가단자(8,9), 상기 2개의 구동전류 인가단자(8,9)에 접속된 발광소자(3), 애노드가 상기 출력단자(2)에 접속되고, 상기 발광소자(3)와 광결합하는 위치에 배치됨과 더불어 상기 발광소자(3)와의 사이에 차광성 물체가 위치하고 있지 않은 경우에 상기 발광소자(3)로부터의 광을 수광하여 전기신호로 변환하여 출력하며, 상기 발광소자(3)와의 사이에 차광성 물체가 위치하는 경우에 상기 발광소자(3)로부터의 광을 수광하지 않고 전기신호의 출력을 행하지 않는 수광소자(4), 상기 발광소자(3)와 상기 출력단자(2)간에 접속되고, 상기 수광소자(4)의 광의 수광의 유무에 따른 수광소자(4)의 광전변환 출력신호에 의해 스위칭제어되는 스위치소자(6), 이 스위치소자(6)에 병렬로 접속됨과 더불어 상기 전원단자(1)와 상기 출력단자(2)간에서 상기 발광소자(3)에 직렬과 접속되어 상기 발광소자(3)에 정전류를 흐르게 하는 정전류회로(20) 및, 상기 전원단자(1)와 상기 출력단자(2)간에서 상기 정전류회로(20)에 직렬로 접속된 적어도 1개의 다이오드(D)를 구비한 것을 특징으로 하는 광결합 검출장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 정전류회로(20)는, 에미터가 상기 전원단자(1)에 접속되고 베이스 및 콜렉터 상호가 접속된 제1PNP트랜지스터(Q1)와, 에미터 및 베이스가 상기 제1PNP트랜지스터(Q1)의 에미터 및 베이스와 공통접속된 제2PNP트랜지스터(Q2), 상기 제1PNP트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 상기 발광소자(3)의 캐소드간에 접속된 저항(R2), 상기 제2PNP트랜지스터(Q2)와 골렉터끼리가 접속되고 콜렉터·베이스상호가 접속되며 에미터가 상기 출력단자(2)에 접속된 제1NPN트랜지스터(Q3) 및, 베이스 및 에미터가 상기 제1NPN트랜지스터(Q3)의 베이스 및 에미터와 접속되고 콜렉터가 상기 발광소자(3)의 캐소드에 접속된 제2NPN트랜지스터(Q4)를 갖춘 것을 특징으로 하는 광결합 검출장치.
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