| 始める電子回路 | 回路がわかる本 |
作る、買う、調べる回路 |
| 始める電子回路 | 回路がわかる本 |
作る、買う、調べる回路 |
光センサを使う
光センサを使うＣＤＳ という光を関知する安価なセンサがあります。（秋月通商で３つ１００円だったと思います）なんやかんやの物質を混ぜ合わせていると意外な電気的特徴が出るのが半導体で、CDSはカドミウムと硫黄を混ぜ合わせた半導体です。 このＣＤＳは当たる光の量で抵抗値が変化するというものです。 この抵抗値の変化を利用して、その変化で動作するという回路を考えます。 ●ＣＤＳセンサを試すまた最初にＣＤＳがどんなものか、ちょっと光を当てて動きを見てみましょう。光の量というのは照度計が無いとなかなかわかりにくいものなので、ここでは夜、室内で電気をつけたとき、消したときで ＣＤＳの抵抗値をはかりました。
この明るさで変わる抵抗値の変化を利用して動作する回路を考えます。 プルアップの謎 コンデンサを試す では、コンデンサを自動的に抵抗値が増える抵抗としてとらえ、それでＬＥＤの点灯ディレイ（遅れ）という回路を試したので、ここでもＣＤＳの抵抗の変化でＬＥＤが点灯したり消えたりと反応する回路を作るという似た方法です。 ＣＤＳを使って、暗くなると自動的にＬＥＤが点灯するという回路を作ってみることにします １．まずはこう
これだと ●室内で電気をつけたとき − 約７．５KΩ ●室内で電気をさえぎったとき − 約１２０KΩ となるので、 明るいとき CDS＝７．５KΩ の抵抗、 暗くなると CDS＝約１２０KΩ の抵抗をつないだのと同じことになります。 しかし、これでは抵抗値が大きすぎるのと、明るいとき抵抗が小さくＬＥＤが点灯、暗くするとＬＥＤが消灯となり、都合がよくないですね。 ２．大きく変化する抵抗値を受け流す 抵抗の変化があまりに大きいので、そのまま直列では使えず、 他の方法 分圧を使います。
暗くなると点灯する回路作り電圧Vも 暗くなりCDS1の抵抗値が大きくなると Ａ点の電圧も大きくなるので、暗くなると電圧が上昇 → ＬＥＤが点灯 と目的通りです。 このまま、 電源を ３Ｖ、 抵抗R1を 10kΩ にして、Ａ−ＧＮＤに高照度ＬＥＤ（実測1.6Vあたりで点灯するＬＥＤ）をつないでみる ＬＥＤの電圧Ｖがどうなるか、分圧で計算してみると
・明るいときは電圧が足りずＬＥＤは点灯しません（ＬＥＤは実測1.6Vあたりで点灯する） ・暗いときは 電圧が２．７７Ｖになり ＬＥＤ点灯！ 明るいとき ＬＥＤは 消える 暗いくなると ＬＥＤは微弱に点灯 となります。 暗くなるとＬＥＤが点灯という目的通りなのですが、 しかし、このままでは 上の抵抗を通ってＡに行く道スジなので小さな電流しか流れません。 結局 この回路で目的通り動作はしますが、ＬＥＤは微弱にしか点灯しません。 それなら、電流を大きくしようと、Ｒ１の抵抗値を小さくすると、Ａに行く電流も大きくなりますが、光センサＣＤＳの抵抗値とのバランスが崩れ、分圧が全然違う電圧になってしまい、今度はＡの電圧が全く崩れてしまいます。 つまり この方法では上の抵抗を通ってＡに行く道筋なので小さな電流しか流せないのです。 さらに改良そこで、このまましょうがなく小さな電流で小さく（弱く）ＬＥＤを点灯させるのではなく、その小さな電流でスイッチを入れ、ＬＥＤを点灯させる方法を使うことにします。 → トランジスタのスイッチング回路 これならば、電流が小さくてもトランジスタをオンにさえ出来る電流があればいいので、ＬＥＤを明るくつけることができるハズです。 回路を作ってみます。 トランジスタをスイッチに使い、これでＬＥＤ点灯のスイッチを入れます。 つまり、 暗くなると ＬＥＤを点灯させるのに必要な電圧になり → ＬＥＤが点灯 から 暗くなると トランジスタをオンさせるのに必要な電圧 → ＬＥＤが点灯 にします トランジスタをオンさせるのに必要な電圧はずっと小さくてすみ 約0.65Ｖです オフさせるには 0.65V 以下にすればいい。 これがその回路です。 分圧で計算してみると ７．５Ｋ ●明るいとき CDS＝７．５KΩ → Ｖ＝ -------------- ×３Ｖ ＝ ０．２７Ｖ （７．５ｋ＋７５ｋ） １２０Ｋ ●暗いとき CDS＝１２０KΩ → Ｖ＝ -------------- ×３Ｖ ＝ １．８４Ｖ （１２０ｋ＋７５ｋ） トランジスタは 0.65V以上でonにできるので トランジスタを on, ｏｆｆ できる電圧なのがわかります。 （分圧から出てベースに入る電流は小さいことがわかっていて、トランジスタをＯＮ、ＯＦＦできることもわかるのでトランジスタ側の計算はしていません） ＊ これだと、ＣＤＳ と Ｒ１ の分圧で作り出した電圧Ｖはトランジスタをオンする役割だけで、いったんオンになると一番右のラインのＬＥＤ のところがつながり電圧Ｖの大きさには関わりなくＬＥＤが点灯します。 ＬＥＤの明るさの調節は抵抗Ｒ２でします。 これで、こんどは 夜、部屋の電気を消すと ＬＥＤがパッチリと暗い部屋で点灯し、なかなかイイもんです！ まあ、とりあえず センサ光りモノ工作 の完成です プルアップの謎、コンデンサを試す で出てきた、下の抵抗値が上がっていくと、Ａの電圧も上がっていく原理で、コンデンサの代わりにＣＤＳを使っただけです。 コンデンサ＝自動的に抵抗が大きくなる抵抗 、 ＣＤＳ＝光加減によって変わる抵抗となり、結局、変化する抵抗がＣＤＳに代わっただけで回路の原理は似たようなものです。 結局はこの回路、振り返ってみれば プルアップの謎 からつながっている流れだというのがわかるでしょう。 感度調節これだけではあまりに単純なので、受ける光の感度を調節出来るようにします。 といっても、抵抗を可変抵抗にするだけです
さらに、反対の動作にしてみましょう。 ●室内で電気をつけたとき → ＬＥＤが点灯
またさらに、 ディレイ（遅れ）作用をもつ回路でちょっと原理を学んだように、この回路にコンデンサをどこかに加えたりして動作を試すと、また機能がイジレて遊べます^^ コンデンサであれこれ改良を考えてみてください また、トランジスタへつながるA点をマイコンなどのＡ／Ｄ変換にほりこめば、 ”明るさ→その度合いの数値” になって得ることができます。その場合、この回路の最初の問題点の通り、電流が小さいのでマイコンが読み取るには不十分になることもあります、 または 光が弱いとき 出てくる電圧が小さすぎてマイコンが読み取るには不十分になることもあります、 その場合は なんとかそれを解決するために ”増幅回路を通して増幅してマイコンに入れる” または ”インピーダンスの変換 ” などという新しい疑問と改良に進むことになります その他にも 光センサ回路 はいくつもあります。 光の変化をバランスで感じ取る回路、もう少し感度の安定を考えた回路など いくつか簡単に紹介 光センサ回路あれこれ まとめ これは光センサが感じた光をトランジスタを実行回路に使い、スイッチを入れるという回路でした。 トランジスタでスイッチを入れて、ＬＥＤを点灯させる回路でしたが、リレーを使うこともオペアンプを使うこともできます。 また、ＬＥＤ点灯の代わりに、モーターを回すなども実行させるモノが違うだけで変更すれば同様の原理で可能です。 トランジスタのスイッチング回路 を参照してください オペアンプも使ってみる。 同様の動作ですが、いろいろな機能も持つオペアンプを使うとまたちょっと新たな視野も広がるので、次はオペアンプを使って作ってみます。 |
||||||||||||||||
| 始める電子回路 | 回路がわかる本 |
作る、買う、調べる回路 |
| メインページへ |
||