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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

平素はアナログ電子回路コミュニティをご愛顧いただき誠にありがとうございます。

この度、アナログ電子回路コミュニティは2018年3月末日をもってサービスを終了することとなりました。それに伴いまして、本サービスへの新規会員登録は2月末日をもって締切りといたします。約10年という大変長い間、たくさんの皆様にコミュニティをご利用いただきましたこと、深く感謝申し上げます。

なお、コミュニティに掲載しているコンテンツは編集の上、アナログ・デバイセズ社のウェブサイトに随時掲載していく予定です。詳細は追って会員の皆様にお知らせいたします。

今後ともEDN Japanをご愛顧くださいますようお願い申し上げます。


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NAKA
タイトル
PTrの動作が遅い?
ポイント []
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アクセス1394
カテゴリーA/D&D/Aコンバータ、クロック
キーワード PTr   D変換器   電圧   フォトトランジスタ   入力インピーダンス   Powered by Yahoo
投稿日時17/04/14 17:22
こんにちはNAKAといいます。

またアナログ初歩についてご意見をいただけましたら嬉しいDEATH!
フォトトランジスタ(PTr:開発中デバイスで特性データ公表無し)で光をセンシングしてます。高速でセンシングしたいのですが、光を遮断しても電圧が残ってしまうような挙動をします。A/D変換器がΔ-Σタイプでもともと高速には向かないんですが、D/Aの出力をA/Dしてみると大丈夫そうです。PTrで光を同じタイミングで検出するとどうも電圧が残ってしまうようです。これは単純にPTrが切れる速度が遅くちょろちょろIcが漏れているからなのでしょうか?A/D変換器の入力に容量成分があり、PTrが切れた後も、3.9KΩを経由して充電が続いているとみるべきでしょうか?入力インピーダンスが高く入力容量の少ないバッファアンプ等を追加すれば改善の可能性はあるのでしょうか?イメージ図を添付させていただきます。よろしくお願いします。
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yoshi05 回答番号 10
タイトル
フォトリフレクタ
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アクセス945
投稿日時17/04/30 13:13
何気にフォトリフレクタのデータシートを見ていたら、

fig.6に 負荷抵抗(Re)と応答速度のグラフがあります。

検出用の負荷抵抗をエミッタにつけるかコレクタにつけるかの違いは有りますが、ご参考になるかもしれません。

http://akizukidenshi.com/download/TPR-105f.pdf


yoshi05 回答番号 9
タイトル
では、陽気に、温故知新
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アクセス1077
投稿日時17/04/20 00:54
「幼気」をようきと読んでしまいました。(なんてバカ・・)
これは・・・と、ネタを探し回りました。

今回、問題だったのは、ベース・エミッタ、ベース・コレクタ、つまり(真空管時代なら)グリッドからの容量。
 
いっぱい探したら、何かと話題のT社での昔話がみつかりました。「ソラ」の開発秘話。
http://fomalhautpsa.sakura.ne.jp/Radio/Other/nisibori-sora.pdf
 
もう少し後の時代で、「トランジスタ」を「手作り」するお話。
http://fomalhautpsa.sakura.ne.jp/Radio/MJ/1954-7/1N34-transistor.pdf

※ エミッタ・コレクタは、日本語では放子・集子というのですね・・ ECBとならんでいるけれど、これバイポーラトランジスタじゃなくて、FETじゃん。
 
どちらも面白くて、読みふけってしまいました。

開発中のPhoto-Trを改良するヒントが有る・・カモ。

NAKA 回答番号 8
タイトル
キカイダー
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アクセス1199
投稿日時17/04/17 18:18
to yoshi_METAL

NAKA_METAL DEATH!

>一瞬、NAKAさんて、半魚人なのかな?
実は人造人間キカイダーです。

リアルタイムか再放送だったか忘れましたが、ビジンダー役のしおみえつこ(現、長淵剛夫人)のミニスカート姿での回し蹴りに胸をドキドキさせていた、幼気な少年でした.....(笑)

あまり無関係なことを書くと。出入り禁止になりますのでこの辺で....

yoshi05 回答番号 7
タイトル
おめでとうございます
ポイント
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アクセス1145
投稿日時17/04/17 17:50
  
NAKAさんは反応がいいから、コッチも真剣に考えます。
 
今回も、手元のフォトトランジスターで実験して回答しようかと思っていました。
時間が取れないので SPICEシュミレーションで済ませましたが。
 
屋上菜園、って羨ましいです。
開発中のセンサーの実験場所にも使えそうですね。
  
ps.
>半身半疑 
一瞬、NAKAさんて、半魚人なのかな? 
などと浮かびました。 

NAKA 回答番号 6
タイトル
効果ありました!!
ポイント
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アクセス1254
投稿日時17/04/17 11:21
NAKA_METAL DEATH!

早速実験してみました!
結果を添付いたします。

実は半身半疑だったのですが、効果ありそうです。
なかなか、受光輝度を揃えることができませんが、おおよそ50000~60000くらいの値になるように検出対象の距離などを調整してみました。Rcを少なくし、Icを多くした方が皆様の想定どうり残電圧が少なくなりました。
LEDの輝度とか、センサーとしての感度とかの評価はまだですが、方向性が見え大変有益でした。本当にありがとうございます。

以前Bravemanさまから紹介された、
>応答速度が速く入力インピーダンスが高いアンプということで探すと、ADA4350があります。
を使ってみようかなとか思ってましたが、結局PTrのベースに残った電荷をどう抜くかという観点でしたね!
またまた勉強しました。

P.S.
NAKA_METALは昨日屋上家庭菜園でさくらんぼの受粉作業をしていて、いままで反応しなかった桜で花粉症が発症し鼻がズルズルDEAHT!
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NAKA 回答番号 5
タイトル
ありがとう!!ございます。
ポイント
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アクセス1265
投稿日時17/04/17 09:36
to リカ_METAL
  やま_METAL
  tama_METAL
  yoshi_METAL

NAKA_METAL DEATH!

みなさん、お休み中にも関わらすありがとうございます!

yoshi05先生が懸念されてますように、電源は3.3V系で、LEDの定電流パルス駆動もVfに近く輝度が稼げないため苦労してます。コレクタの抵抗(Rc)を下げるとのことですが、信号の振幅がIc×Rcなので、S/Nを上げるためS(振幅)を大きくしたくこのあたりに設定してます。速度向上のためには、Rcを下げたほうが良さそうなのですね!ありがとうございます早速やってみます。Icを沢山流したほうがIbも沢山消費してくれて早くなるみたいなことかな?では、振幅を稼ぐためにLED輝度を上げてRcを下げ、Icを増加させるのが良いのかな?ここでも消費電力とのトレードオフが出てきますね!!A/Dの入力部にPGA(プログラマブルゲインアンプ)がありますので、MAX64倍まではいけるのですが、以前もお話したかもしれませんが、A/Dの入力範囲が0.2V~1.8Vで下駄をはかせたり、上限制限などのコンディショニングでノイズフィギュアの増加を懸念しRcを1.8V(A/Dにセンサー用リファレンス出力有)から釣ってます。
⇒やま_METAL
 実はフィルタの件、昨年度検討しました。東亜理化学研究所というところで(昨年お世話になりましたので、宣伝しちゃいます!(笑)すごく高性能の光学フィルタを製作いただけます。)こちらの意図する波長のみ通過するナロー幅のバンドパスフィルタを製作して評価したのですが、利得がガタンと低下しました。原因を探すと、光の入射角で、通過する波長が変化してしまうことがわかりました。レンズに対して垂直に入射する光はスペック98%以上通過しますが、10度くらいになると半減以下になります。センサーが反射型のため、角度が付いてしまうためNGでした。
【追記】
実は現在使用しているPTr表面には光学フィルタが付いています。通過する波長データがないのですが、ある程度は効果がありそうです。(こちらの要望とはほど遠いですが....)

今のところ、依頼のスペックは満足してるのですが、多分もう少しいろいろな面で向上させないと世間に勝てませんから.....汗)
いろいろやってみます。



P.S.
YAVA!やま_METALにNAKA_METALの嗜好がばれてる!



yoshi05 回答番号 4
タイトル
コレクタ抵抗
ポイント
pt.
アクセス1251
投稿日時17/04/16 20:12
さしあたり、コレクタ抵抗を 330, 1k, 10k と変えてみて、変化を見てはいかがでしょうか。
#他に変えられるところが見当たらないので。
 
> これは単純にPTrが切れる速度が遅くちょろちょろIcが漏れているからなのでしょうか?
 
が、○で、詳細はtamanyanさんが書いたとおりですね。
 
対策には、≒ ベースの電荷を処理する ことなので、
ベースからグラウンドにRをいれたいのですが、それができない。
 
この回路と、部品が所与である限りはできることは限られるので・・

 
tamanyanさん が書いたように、非飽和領域で使って、出力を読み替えるか・・
#いつも微小な光を当てておいて、変化を調べるのと同じ。

リカルドさんのご指摘の裏読みになりますが、
コレクタ抵抗(3.9KΩ) を小さくして、電流を増やす。

「エミッタ接地では、Ib をHfe倍した Ic が流れる」と書いて、いつもIbが原因で Icが結果だと感じますが、 Icの 1/Hfeの Ib が流れる、と逆に捉えれば、ベースの電荷 Qb を引っこ抜くための Ib を Icで制御するという発想になりますね。
 
tamayan さんが書いたカスコード接続も併用できると良いと思います。 
ただ・・回路電圧が 3.3vだったりしますか?
 

tamanyan 回答番号 3
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蓄積時間ですね
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アクセス1319
投稿日時17/04/15 12:28
NAKAさん、こんにちは.

ふつうのトランジスタでもスイッチング動作させると、ターンオフ時にはベース層に注入されたキャリアが消滅するまでコレクタ電流が流れてターンオフが遅れます.
ですから、バイポーラ・トランジスタはターンオンよりターンオフ時間の方がかなり長くなります.
この遅れ時間を蓄積時間、キャリアの存在する時間をキャリア・ライフタイムなどと言います.
フォト・トランジスタも光起電力でベース電流を流しているというほかはバイポーラ・トランジスタですから、同様にターンオフが遅れます.

バイポーラトランジスタでスイッチング速度を上げるには、ターンオフ時にベース-エミッタ間に逆バイアス電圧を加えてベースからキャリアを引き抜くか、キャリア・ライフタイムが小さいトランジスタを使います.
高速スイッチング用トランジスタは「ライフタイム・キラー」などと呼ばれる不純物を加えてキャリアのライフタイムを小さくしていますが、雑音などの特性は悪くなりますから、スイッチング用のトランジスタは増幅用などには不向きです.

ベース-エミッタ間に抵抗を入れれば、多少は速度が改善されますけど、ベース端子が出ていないようだと、やまさんが書かれているような方法しかないかな.

フォト・トランジスタのコレクタに、ベース接地のトランジスタをカスケード接続したり、高速オペアンプでI-V変換したりしてコレクタ電位を固定すればミラー効果がキャンセルできるので、いくらか速くなるとは思いますが、キャリアの蓄積そのものは改善されませんから、効果は限定的だと思います.
特性が近いフォト・トランジスタを2個差動接続にして、通常は光が当たらない方のトランジスタがONになるようにバイアスしておく、というのはどうでしょうか?
常に非飽和領域で動作できるので速度は速くなると思います.
回路はちょっと複雑になってしまいますけどね.



やま 回答番号 2
タイトル
CTRはどれくらいですか?
ポイント
pt.
アクセス1317
投稿日時17/04/14 19:00
NAKAさん お疲れ様DEATH!

昔のPTはベース端子が出ていたので、調整できましたが、今はベース端子は無いので、調整は難しいでしょう。

CTR(Curent Transfer Rate)をどれくらいで使っていますか?

LEDの電流を減らすか、負荷を重くするか、LEDとPTrの角度を変えるかで、個々に調整すればSpeed Upできるでしょう。

またLEDは何を使っていますか? 赤外線にして受光側にフィルターを入れると外乱光が少なくなって、調整しやすいでしょう。

リカルド 回答番号 1
タイトル
オープンコレクタは、立ち上がりが遅い
ポイント
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アクセス1346
投稿日時17/04/14 18:05
 オープンコレクタは、立ち上がりが遅い。
 そのためフォトカプラの動作も意外と遅い。

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