素子：フォトトランジスタ

フォトトランジスタには３本足トランジスターのベースにあたる足が有りません。３本足トランジスターはベースに入力信号を与えて使用しますが、ベースの代わりに光を当てて使います。そのため足が１本足りないのです。今回使用したフォトトランジスタの特徴を列挙しておきます。
　・赤外線に反応します　可視光には殆ど反応しませんので光量測定には使用不可
　・電子部品は足の長い方がプラス側ですが、これは何故かプラス側にするコレクタのほうがエミッタより足が長い
　・反応速度は負荷抵抗によって変わりますが最大１０μ秒です
　・デジタルセンサーとして使用するための物です

秋月電子で４個￥１００。

赤外線ＬＥＤとフォトトランジスタを並べ、赤外線が物体に反射して戻ってくる光量を捉える回路を作って実験。赤外線ＬＥＤは秋月電子で１００個￥７００。ばら売りはしていないようだ。デジタル回転計改造用に売店でばら売りしようか．．．

赤外線ＬＥＤの光量が多いのでかなり遠距離でも使用できます。３０ｍｍ程度離してもいいのでセンサーの取り付け自由度が大きくなります。回転体は紙に黒マジックで黒マークを書いた物です。

波形を見る限り数万回転でも使用できそうです。

ご参考の基板パターン。配線は部品面から見た状態です。このパターンのまま作るのであれば、このイメージをダウンロードし、反転させた物を見ながら半田付けした方が楽です。ＳＰＳ－１３５ＣにもＬＥＤ同様の半月キリカキが有るのですがよく見ないと解りません。

この実験の回路図。ブレッドボードで組んだ回路には動作確認のための赤色ＬＥＤが有りますが、必要ないのでこの回路にはありません。ＯＵＴ端子に＋５Ｖ＜－＞０Ｖのデジタルパルスが出力されます。ＯＵＴ端子をＰＩＣのポートに接続して応用回路を作ります。抵抗値は反射型フォトリフレクタを使用した回転計の回路と全く同じです。フォトリフレクタがフォトトランジスタと赤外線ＬＥＤに変わっただけです。

波長７００ｎｍ以下には殆ど感度がないので赤色ＬＥＤは赤外線ＬＥＤの代用品にはなりません。

フォトトランジスタと赤外線ＬＥＤを向かい合わせにして使用することも出来ます。赤色ＬＥＤは赤外線が入射すると光るようになっています。光軸合わせを容易にするための物です。赤外線を遮るとＬＥＤが消灯します。

枠の部分は段ボール２枚合わせです。

ストロボ撮影したので解りにくいですが１４８４回転を示しています。プロペラは赤外線を２回遮るので実際の回転数の２倍を示しています。ちょっと誤差がありますが回転数が常に変動しているとサンプリングタイミングの関係で値が異なります。完全に定速度回転していれば、ぴったり２倍になります。

売店で販売しているデジタル回転計用に反射式センサー基板を作りました。フォトトランジスタは東芝ＴＰＳ６１１。千石電商で購入。１個￥８０。ＳＰＳ－１３５Ｃと似通った特性なのでそのまま置き換えられます。特性に影響を与えるようなのでフォトトランジスタ＜－＞基板間はケーブルで延長したりしない方がいいようです。

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デジタル回転計　反射式センサー
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昼間は太陽光の赤外線があるため、赤外線ＬＥＤが無くてもフォトトランジスタが赤外線を検知してしまいます。プロペラの回転数を計測するときは黒いチューブ（写真の物は熱収縮チューブ）をかぶせ、チューブの先端から入射する赤外線をプロペラで遮るようにして使用します。
赤外線を検知すると赤いＬＥＤが点灯します。回転体をゆっくり回して赤色ＬＥＤが点滅する位置が正しい計測位置です。

基板拡大写真。回路図を見てもいいが、この写真からカラーコードを読んでも良い。

強い赤外線が出ているので冬場はご注意下さい。普段の生活の中にある物がセンサーに反応を与えていると案外それに気がつかない物です。

可視光検知タイプの物も実験してみました。直列に１ＭΩの抵抗を入れて写真のＡ／Ｄの電圧を計測。

部屋の電気が点いているか否かを検知するには１ＭΩ程度の抵抗を直列に入れて電圧降下をＡ／Ｄコンバータで計測するのが良さそうです。昼間の晴れと曇りを区別するには、もう少し抵抗値を小さくします。

赤外線検知のフォトトランジスタの明電流、暗電流はどれも似たような物かと思いましたが、違う物もありました。これは東芝ＴＰＳ６１１より電流が流れます。Ｒ４が６８ｋΩのままだと、電流が流れすぎてトランジスタＴ２が常にＯＮします。回路からトランジスタＴ２を取り外し、明＜－＞暗の変化を与えたときフォトトランジスタのコレクタ（Ｔ２のベースに繋がっている足）電圧が０．６Ｖをまたぐように抵抗を調整します。Ｒ４は２４ｋΩが適当な値でした。

感度の調整が出来るように修正しました。Ａ点の電圧とＢ点の電圧をコンパレータで比較する方式でです。Ｂ点の電圧がＶＲ１で調整できます。もっとシンプルな回路に出来ますが、１つのコンパレータに４回路入っているので全部使いました。

Ａ点の波形をオシロスコープで計測するとこんな感じです。センサーそのものが変わっているわけではないので調整範囲は大きくありません。センサーを取り付けてしまった後でも若干の感度調整が出来るというレベルです。

実験の様子

基板パターン　ＬＥＤ１はキリカキがある方（マイナス）が上。足の長いプラスが下を向くように取り付ける。

実物　白黒の紙に反応させるならＶＲ１は中立位置がちょうど良い。