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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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pt.
17/12/18 20:41
NPさんへ

いくつかコメントします。

①損失とエネルギーの流れについて

 ICや抵抗の中で損失があることを判断するには、第一に電圧と電流関係からエネルギーの流れがどうなっているかを見ます。
先ず抵抗を考えてください。 抵抗の中でのエネルギー損失率は、電圧×電流で電力と計算されますね。 一方、電源の出力も電圧×電流で計算されます。 同じ計算ですが、電圧と電流の向きとその値の測り方の基準を一致させると、片方はプラスもう一方はマイナスになります。それで電力の吸収と放出の区別が一元的に測れます。 コンデンサなどは吸収したエネルギーを後で吐き出すことができるので、エネルギーを吸収したからといって、それが損失になるとは言い切れないのですが、抵抗や、フォトカプラは損失になるとみて間違いはありません。 ですから抵抗における損失の計算と同じように計算すればよいのです。
 そこで電圧とは、回路の中の電位ではなく、部品の端子間にかかっている電圧で考えます。

②ON時の最大電流:
 NPさんの回路では、先ずはカプラのON電圧を無視し、
  29V/(2.2kΩ+2.8kΩ) ですが、各部品の誤差を考慮します。
 フォトカプラの中にグランドにつながる隠れた足はないことを意識してください。
  5.8mAの単純計算値がでます。 さらに抵抗値の誤差を約10%以下、電源電圧の誤差を5%以下と想定すると
 最大は、5.8mA*1.1*1.05=約6.7mAとなりますか。これは、Icの最大値です。
 確実にONにするのに必要なLED電流は、最悪20%の変換率として、
 Iled=6.7mA/0.2 =約33.4mA 。
 経年変化で、効率が半分近くになることに備えると、60mA以上流す設計にしろということになります。
 蛇足ですが、こういうICは使いたくないですね。

③バイポーラトランジスタで飽和とは、ベース電流を増やしてもコレクター電流はほとんど増えない状態を言います。 抵抗負荷がつながっている時に、Icが増えていくとVceが下がりますが、0V以下にはならないのはすぐわかると思いますが、そこまでいかなくともその手前で、Vceの低下が止まります。そこが飽和と線型動作の境目です。

④変換率の考え方
 NPさんが回答6で、変換率の計算をしていました。その場の変換率計算は合っているのですけれども、ICの性能としての変換率は求められていません。 トランジスタが飽和している可能性を考慮していないからです。 先の測定で、出力の電流を測っていますが、その時トランジスタのコレクタとエミッタの間の電圧はせいぜい1ボルト前後でしょう。周辺の抵抗値と電流値、電源の電圧から割り出せばそうなりますね。 ですので、飽和した状態の可能性があります。 ICの性能としての変換率を測るには、LEDの駆動電流を下げて行って、出力電流が下がり始め、Vceが上がり始める先のところでの変換率を見るのです。
 この説明が分かりにくいようでしたら、以下のように考えてください。
  ある設定で、変換率が200%に見えたとします。 そこから、LED電流を倍にしてみます。 すると、出力が飽和していれば、出力電流はほとんど増えません。 この時の電流変換率は100%になります。同じICで、変換率が変化するように見えるわけです。 個々の測定条件下での変換率は大切ではなく、線型動作時の変換率と飽和近辺の変換率が大切なのです。

⑤経年劣化について
  よく言われているのはLEDの発光効率が劣化するということです。当該のICについてデータシートに記載があるかどうかは知りません。 データシートに記載がなくとも半導体メーカーは関連資料をどこかに掲示してあるのではないかと考えます。
 LEDの駆動電流が大きいと劣化も早くなるようです。
 過去に見た資料の例では、厳しい条件下で、5万時間で初期の60%に低下するものが出ていました。 

以上です。
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19コメント 17/12/20 20:01
ゲスト 様
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