Журнал РАДІОЛОЦМАН, вересень 2016
Ron Mancini, Texas Instruments
EDN
Коефіцієнти передачі струму оптичних датчиків одного типу можуть відрізнятися в 16 разів через розкиду параметрів світлодіодів, фототранзисторів, оптичного шляху, а також через вплив температури. У схемах зі зв'язком по постійному струму настільки великий розкид ускладнює вибір резисторів. Ви повинні підібрати такий опір вихідного резистора, щоб не допустити насичення вихідного каскаду, але, в той же час, низькі значення резисторів при низьких коефіцієнтах передачі не забезпечують достатнього розмаху вихідної напруги. Зазвичай для узгодження рівня постійного вихідної напруги з коефіцієнтом передачі вам доводиться підлаштовувати схему, і перенастроювати її ще раз при екстремальних температурах або при забрудненні оптичного проміжку. Однак схема, зображена на рисунку 1, в регулюванні не потребує. Для управління струмом вихідного резистора використовується зворотний зв'язок по постійному струму. Це робить вихідну напругу передбачуваним і постійним.
Нехтуючи малим вхідним струмом операційного підсилювача (ОУ) і зворотним струмом діода D3, можна вважати, що I1 = I2, і при включеному фототранзисторі (коли світловий потік не перерваний) вихідна напруга схеми одно 2.7 В. Коли фототранзистор закритий (світловий потік перекритий), вихідна напруга дорівнює нулю. Розмах вихідної напруги ОП підлаштовується під варіації коефіцієнта передачі. Це вихідна напруга завжди приймає таке значення, щоб струм світлодіода був в коефіцієнт передачі струму разів менше емітерного струму фототранзистор. Вхідний струм описується наступним виразом:
Розкид коефіцієнтів передачі лежить в діапазоні від 80 до 5:
Діапазон вихідних напруг ОУ обмежений, особливо при значних вихідних токах, тому тут використовується підсилювач TLC071 , Здатний віддавати досить великий струм 20 мА при використовуваному в даній схемі напрузі 3.5 В.
Коли світло перекритий, струм емітера фототранзистор спадає до нуля. Протікати через вимкнений транзистор Q1 вхідний струм I1 не може, тому вихід ОУ знаходиться на рівні, близькому до напруги позитивної шини. Якщо вихідний каскад ОУ виявиться в насиченні, час його відновлення стане непередбачуваним, тому в схему додана комбінація з стабілітрона D2 і діода D3, що захищає ОУ від насичення. При наближенні вихідної напруги ОП до 3.4 В (VD2 + VD3 = 2.7 В + 0.7 В), діоди починають обмежувати вихідну напругу, не допускаючи насичення вихідного каскаду. Резистор R3 опором 270 Ом забезпечує достатній струм світлодіода, в той же час, не даючи виходу увійти в насичення. Якщо ця схема повинна управляти логічною схемою з насиченням, її вихід слід буферизувати за допомогою логічного елемента з вхідним гистерезисом або за допомогою компаратора з гістерезисом.