원래 도면 중 C1의 용도가 애매합니다.
Photo coupler가 ON되는 순간에 짧은 펄스 한발을 내기 위한 용도(미분 회로)라고 하더라도 TR의 base가 DC통로없이 떠 있는 것은 정상적 회로가 아닙니다.
통상적으로 특히 다른 이유가 없다면 R7은 필요없는 것입니다.
위 도면으로 각 소자의 역할과 정수를 정하는 과정을 자세히 설명드려 봅니다.
전형적인 회로 정수 결정 과정이므로 꼼꼼히 보아 주시기 바랍니다.
미분이 필요할 경우 R3과 직렬로 C를 넣으면 되기는 하겠습니다만...
신호명과 부품번호가 달라져 있습니다.
PC의 LED측 전류를 제한해 주는 저항입니다.
전원전압 24V에서 적외선 LED 전압강하(1.2V)와 외부 스위치의 전압 강하를 빼면 약 22V정도가 걸린다고 보면 될 겁니다.
TLP181의 자료에 따르면 최대 50mA로 되어 있고 전기적 특성에서는 10mA를 예로 들고 있습니다.
전류가 크면 LED 수명이 짧아지고, 적으면 동작이 불안정해질 수 있습니다.
5mA~10mA 정도면 적당하겠습니다.
10mA 로 하기로 하죠.
22/10 = 2.2(kohm)이 됩니다.
전력 손실은 22*10 = 220(mW)이므로 두 배정도 여유를 두어 0.5W짜리를 써야 안전하겠습니다.
이 것이 필요한 이유는 RUN_IN 쪽의 누설 전류 때문입니다.
약간의 누설이 있더라도 LED가 켜지지 않도록 하려는 것입니다.
외부 접속 상황에 따라 다르겠으나 일단 1mA로 하죠.
1.2/1 = 1.2(kohm).
전력 손실은 충분히 작겠으므로 계산할 필요 없겠습니다.
이로서 1mA 이하의 전류가 흐를 때는 LED에 영향을 주지 않게 되었습니다.
그러나 LED에는 이 1mA가 덜 흐르게 되므로 9mA가 흐르게 됩니다.
필요하지 않을 수도 있습니다.
혹, RUN_IN 단자로 24V이상의 신호가 인가될 가능성이 있을 경우는 필요합니다.
LED에 역방향 전압이 크게 걸리게 되면 LED 수명이 현저히 짧아지기 때문(광량저하)에 필요합니다.
여기서 중요한 값은 CTR(Current Transfer Ratio) 입니다.
Bipolar TR의 전류 증폭율에 해당하는 값입니다.
편차가 심하므로 형명뒤에 색깔을 나타 내는 문자를 첨부하는 것이 보통 입니다.
데이타 시트에는 다음과 같이 되어 있습니다.
|
none |
= 50~600 |
|
|
rank Y |
= 50~150 |
----- Yellow |
|
rank GR |
= 100~300 |
----- Green |
|
rank BL |
= 200~600 |
----- Blue |
|
rank GB |
= 100~600 |
----- Green & Blue |
아무 rank의 부품이나 사용할 수 있도록 하고, 제품의 수명 중, 이 값이 줄어들 가능성을 감안하여 25로 작게 잡기로 합니다.
LED 전류가 9mA이므로 photo transistor의 최대 전류 츨력은, 9*(25/100) = 2.25(mA)가 됩니다.
출력측 전원 전압이 5V이므로 총 부하저항은 약 2kohm 이상이 되어야 한다는 의미입니다.
Photo TR의 전류 제한 저항입니다.
그 보다는 Q1의 base drive 전류제한 저항이라는 편이 더 낫겠네요.
TLP181의 Vce(sat) = 0.4V(max)이고 Q1의 Vbe = 0.6V로 하면 R3 양단에는 최소 약 4V가 걸립니다.
전류는 위에서 결정한 2.25mA 이하로 유지하여야 합니다.
얼마로 잡으면 좋을까... 이는 Q1의 부하측 전류와도 상관이 있습니다.
1mA로 하기로 하겠습니다.
4/1 = 4 (kohm) 그러나 이 값은 표준 값이 아니므로 제일 가까운 3.9kohm으로 하겠습니다.
그러면 전류는, 4/3.9 = 1.026 (mA)가 됩니다.
전력 용량은 문제 없겠군요.
Photo TR이 off 되었을 때 Q1도 확실히 off 시키기 위하여 필요합니다.
ON 중에는 단순히 손실 전류가 흐르게 되므로 저항 값을 너무 적게 잡지는 않고 싶습니다.
가능한 최대 저항 값을 굳이 계산해 보자면, 2 가지 값을 알아야 합니다.
하나는 photo TR이 off 되었을 때 누설 전류입니다.
전제 조건이 복잡하게 관련되어 있기는 하나 ICEO = 50uA(max)가 규격표에서의 값입니다.
또 한가지는 Q1의 ICBO입니다.
KST2907의 ICBO를 보니 -0.01uA(max)로 되어 있습니다.
이건 50uA에 비하여 충분히 작은 값이니 무시해도 되겠군요.
결국 50uA가 R4를 흐르며 전압강하를 0.6V 이하로 만들면 Q1은 off 상태를 유지한다는 뜻입니다.
이에 따라 R4의 최대값은 0.6/0.05 = 12kohm이 됩니다.
그러나... 통상 이 값은 이렇게 까다롭게 계산하지 않고 눈대중으로 결정합니다.
동작 속도가 수백 nsec 단위로 중요할 경우, 이 저항 값은 훨씬 더 적게 해 주어야 합니다.
저항 값이 커질수록 off 에 걸리는 시간이 늘어나기 때문입니다.
일단 1kohm이면 적당할 것 같습니다.
이 경우 ON 중에 0.6mA 정도가 R4를 통하여 손실이 되고 나머지 0.4mA 정도만이 Q1의 base로 유효하게 흐르게 됩니다.
에~이~씨~ 좀 아깝네.
2.2kohm으로 바꾸렵니다.
이 경우, 0.27mA가 R4로 손실되고 0.73mA가 유효한 Q1 의 base 전류가 됩니다.
이 TR의 종류나 특성은 별 문제가 없습니다.
소위 "아무거나" 갖다 써도 되는 경우입니다.
전압도 5V로 낮고 전류도 10mA 전후일 것이기 때문이죠.
전류 증폭율도 문제가 안 됩니다.
Base로 0.73mA가 흐르므로 collector 전류는 10배인 7.3mA에서 20배인 14.6mA 정도까지 흘려도 무방합니다.
위 항에서 이미 설명되었습니다.
이 출력을 단순히 logic 회로에서 받아 내는 것이라면 Q1과 관련된 부분은 제거해도 됩니다.
Photo coupler의 TR측을 바로 입력시켜도 되는 거죠.
Logic 회로가 CMOS가 아닌 bipolar TTL일 경우에는 PNP로 drive 하는 것이 불리합니다.
Low시 logic 입력에서 흘러 나오는 전류가 상당히 크기 때문에 저항으로 pull-down 되는 구조는 적합하지 않습니다.