Всем привет! Сегодня речь пойдет про щелевой оптрон. Иногда его называют фотоинтерраптор.
Думаю подобные девайсы встречали все, но не все их применяли в своих разработках. Когда наступит день внедрения этих устройств в свой проект - вы будете знать как с ними работать. Читайте до конца, надеюсь узнаете что-то новое.
Как видно из картинки выше, щелевой оптрон является простой оптопарой. Чаще всего это тандем ИК светодиода и фототранзистора
Вот типичное включение его в схему. Когда светодиод светит - транзистор открыт и на выходе лог.0. Когда свет от светодиода не доходит то фототранзистора, он закрывается и на выходе лог. 1. Всё просто.
Как правило, подобные оптроны применяют там, где нужно фиксировать нечто, что попадает в оптический канал. Например, скорость вращения ротора двигателя (применяется диск с прорезями на валу двигателя), положение исполнительного устройства, датчик наличия/отсутствия предметов (например, когда бумага в принтере кончается, поднимается пластиковый флажок, который перекрывает оптическую ось).
Скорость срабатывания
Стоит учесть этот параметр, если планируется измерять, например, скорость вращения ротора двигателя.
Обычно время срабатывания порядка 10 мкс. За этим параметром надо лезть в документацию на конкретную оптопару. Вот кусок DS на KTIR0311. Тут время срабатывания порядка 5 мкс. Стоит отметить, что это время также зависит от резистора в коллекторной цепи. Потому, если вам надо фиксировать быстрые события, стоит внимательно изучить доку на конкретный оптрон.
Коэффициент передачи тока.
Важнейшая характеристика. В документации обозначается как CTR (Current Transfer Ratio). Тоже самое, что и в обычных транзисторный схемах, только в место базового тока имеем ток светодиода. Другими словами, показывает во сколько раз ток втекающий в светодиод отличается от тока коллектора. CTR рассматриваемого оптрона 0.38. Это значит, что ток коллектора отличается от тока базы в 0.38 раз. Т.е. ток коллектора составляет 38% тока базы.
Сразу применим знания. Допустим, нам надо включить оптрон в выше изображенную схему.
Что имеем. Максимальный ток коллектора 20 мА. Также известен максимальный ток светодиода - 50 мА. Так как коэф. передачи тока меньше 1, то лучше начать расчет от диода, хотя расчёт принято вести с выхода, проявим бунтарское начало и пойдём против системы :3
Зададим ток диода в 30 мА.
Так как известен CTR, то можно прикинуть какой будет ток в цепи коллектора при этом токе диода.
Сразу прикинем резистор в цепи транзистора
Вот и весь расчёт. Ничего сложного. Вот только засада в том, что мы выбрали оптрон с хорошим CTR. у NO_NAME китайцев CTR порядка 10%. При условии, что ток диода 10 мА, величина резистора в коллекторной цепи уже была бы 5 кОм.
Высокое сопротивление может на себя "хавать" помехи, а если его понизить, то не факт, что транзистор сможет полноценно прижать к земле вывод, что бы сформировать лог.0. В итоге, рискуем не попасть в уровень лог.0.
Оптроны с составным транзистором
Вот этот зверь
Избавляет нас от проблемы с низким CTR. В таких "монстрах" CTR > 1, но скорость переключения, в среднем, на 20% меньше, напряжение насыщения (коллектор-эмиттер) больше, порядка 1В. Так что надо выбирать: либо быстро, либо мощно.
Механический джиттер
Джиттер - дрожание. Интересное явление, которое проявляется, если окно (щель) оптрона перекрыта неполностью (ну или открыто наполовину. Зависит от философских взглядов на жизнь). В этом случае транзистор открыт не полностью, на выходе имеем неопределённый уровень. Если этот сигнал заходит прямиком на вывод контроллера (обычно цепляют на сигнал внешнего прерывания), то это может легко сорвать крышу нашего MCU. Надо учитывать этот момент при разработке устройства. Бороться с этим можно аппаратно (использовать триггер Шмитта) и/или программно. Например, отслеживать время между прерываниями. Если программа сваливается в обработчик очень часто, стоит это событие обработать.
Влияние помехи на выходной сигнал
Если оптический канал открыт всем ветрам, то он может попасть под паразитную засветку. В результате появится дополнительная постоянная составляющая, которая "приподнимет" полезный сигнал. В результате он может выйти за область допустимого уровня лог.0. Получим такой же эффект, как и в случае с механическим джиттером.
Другое явления - выходной сигнал может быть модулирован падающим световым потоком. Нас окружают дешевые светодиодные лампы, энергосберегайки. Глаз не видит, но оптика чувствует это мерцание. Как результат: на выходе имеем модуляцию, что может привести к аналогичным последствиям.
Выход: закрывать оптический канал от фоновой засветки, фильтровать сигнал до входа в микроконтроллер.
Вроде разобрал основные моменты при работе с таким оптроном. К слову, данные расчеты справедливы и для оптронов с закрытым каналом, и для отражательных оптронов.