Transoptor

Autor: Dondu

Transoptory są bardzo istotnym narzędziem w rękach elektronika i mogą być wykorzystywane w różnych celach, wśród których najważniejszymi są:

• rozdzielenia galwanicznego (optoizolacji) części układów lub urządzeń, w celu łatwego dopasowania poziomów lub eliminacji zakłóceń (transoptory standardowe),
• obserwowania przesuwających się przed transoptorem powierzchni (transoptory odbiciowe).

Ta gałąź przemysłu elementów elektronicznych szybko nabrała znaczenia wraz z wprowadzeniem na rynek mikrokontrolerów.

Transoptory
czyli wiedza tajemna na talerzu ...

Wstęp:

• Szczypta teorii

Transoptory odbiciowe:

• Wstęp
• Emiter i detektor - podstawowe parametry
• Zależności prądów diody i kolektora oraz powierzchni
• Wpływ ruchu powierzchni na odpowiedź transoptora
• Pasmo przenoszenia (czas odpowiedzi)

Pliki do pobrania:

• Transoptor odbiciowy CNY70
• Transoptor odbiciowy KTIR0711S

Transoptor: Szczypta teorii

Autor: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Transoptory

Często stosowany, ale też często źle podłączany lub wykorzystywany niepotrzebnie, co wynika z niezrozumienia do czego faktycznie służy oraz jak działa.

Rozdzielenie galwaniczne

To jedna z najważniejszych funkcja transoptora, czyli oddzielenie elektryczne dwóch części urządzenia. Stosuje się, gdy na przykład:

• części urządzenia pracują na różnych napięciach, w szczególności gdy jednym z nich jest np. 230V.
• występują zakłócenia od silników, przekaźników, itp.

Części A i B są zasilane z różnych źródeł i nie są ze sobą połączone elektrycznie, nawet za pomocą masy.

Innymi słowy sygnał z części A do części B, przekazywany jest za pomocą światła, a nie prądu.

Przykład popularnego transoptora: CNY17 datasheet

Wyk. Czas przełączania CNY17

Czas przełączania

Bardzo istotnym parametrem jest czas przełączania.Zależy on od prądu diody oraz układu pracy i wartości elementów zewnętrznych tranzystora.

Czas przełączania ogranicza maksymalną częstotliwość z jaką możesz przesyłać sygnały za pomocą transoptora.

CNY17 jest dość wolnym, ale za to tanim transoptorem (około 2,00zł). Są także transoptory o innych parametrach jak np. HCPL2631, który ma pasmo 10 MBit/s, ale znacznie droższe: HCPL2631 family datasheet

Wyk. Prąd diody vs tranzystora

Prąd kolektora tranzystora

Transoptor można rozpatrywać jak tranzystor z rezystorem na bazie, gdzie wartość rezystora w mniejszym lub większym stopniu ogranicza prąd bazy, powodując mniejsze lub większe wysterowanie tranzystora (wzmocnienie).

Tak samo jest w transoptorze. LED może świecić mocniej lub słabiej. Reguluje się to prądem przepływającym przez LED.

Czyli prąd kolektora tranzystora zależy od prądu diody LED.

A od czego zależy prąd diody LED ?
Od Ciebie i od tego jak dobierzesz prąd za pomocą rezystora połączonego szeregowo z diodą LED.


Podsumowanie

1. Od prądu diody zależy:

• maksymalna częstotliwość przesyłanego sygnału
• maksymalny prąd kolektora tranzystora.

2. W większości przypadku będziesz jednak używał transoptora do przekazywania sygnałów cyfrowych, a nie analogowych, więc zależy Ci na szybkim przełączaniu i stromym zboczu sygnału po stronie kolektora. Dlatego też powinieneś zasilać LED dużym prądem. W przypadku CNY17 jest to 5mA.

3. Transoptory mają ograniczone pasmo przenoszenia (niektóre nawet bardzo małe).

4. Zasilania części A i B powinny być rozdzielone (nawet masy).



Transoptor jako czujnik

Transoptory wykorzystuje się także jako czujniki odbiciowe lub szczelinowe.

Transoptory odbiciowe

Transoptory te działają na zasadzie wysyłania światła w kierunku jakiejś powierzchni i obserwowaniu światła odbitego:

Rys. Zasada działania transoptora odbiciowego.

Przykłady transoptorów odbiciowych:

Rys. Przykładowe transoptory odbiciowe.

Transoptory szczelinowe

Transoptory szczelinowe działają na zasadzie świecenia diodą bezpośrednio na fototranzystor, a przecięcie (zasłonięcie) jakimś przedmiotem strumienia światła powoduje odpowiednią reakcję fototranzystora.

Rys. Przykładowe transoptory szczelinowe.

Przykłady projektów z transoptorami

Na blogu znajdziesz gotowy projekt obrotomierza, w którym czujnikiem mogą być transoptory odbiciowe lub szczelinowe: Obrotomierz



Warto przeczytać

1. Mariusz Pauluk - Optoizolacja
mirror pliku: Optoizolacja

2. Witold Skowroński - Elementy optoelektroniczne
mirror pliku: Elementy optoelektroniczne

Transoptor odbiciowy: Wstęp

Autor: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Transoptory

Transoptory odbiciowe to jedna z gałęzi transoptorów. Wykorzystywane są one do obserwowania powierzchni. Obserwacja powierzchni może polegać na:

• stwierdzeniu, czy powierzchnia obserwowana jest w pobliżu czujnika, czy też nie (zero-jedynkowy),
• pomiaru ilości odbitego światła (analogowy).

W niniejszym krótkim cyklu artykułów przyglądniemy się dwóm popularnym transoptorom odbiciowym:

Transoptor odbiciowy CNY70.

Transoptor odbiciowy KTIR0711S.

Symbolem prostego transoptora odbiciowego jest podstawowy symbol transoptora:

Noty katalogowe (datasheet) powyższych transoptorów:

• CNY70,
• KTIR0711S.

Zasada działania jest prosta. Dioda LED transoptora emituje światło, którego część odbita od powierzchni trafia do detektora (fototranzystor):

Rys. Zasada działania transoptora odbiciowego.

Rodzaj wykorzystywanego światła

Czujniki odbiciowe z reguły wykorzystują podczerwień ze względu na to, by zmniejszyć do minimum wpływ oświetlenia widzialnego na wynik pracy czujnika. W datasheet znajdziesz informację w tym zakresie w postaci parametru długości fali (ang. wavelength) i/lub wykresu.

W przypadku CNY70 znajdujemy:

1. Informację o długości fali emitera podczerwieni (diody LED) już na początku datasheet:

CNY70

a konkrety w tabelce parametrów:

CNY70

Czasami dodatkowo można znaleźć w datasheet wykres pokazujący czułość detektora w zależności od zakresu długości fali światła:

KTIR0711S

Filtr światła dziennego

Dobry transoptor odbiciowy wykorzystujący podczerwień powinien być wyposażony w filtr światła dziennego, co także powinno być podane w datasheet:

Transoptor odbiciowy: Emiter i detektor - podstawowe parametry

Autor: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Transoptory

Transoptor odbiciowy składa się z emitera i detektora rozdzielonych galwanicznie (brak połączenia). Obie części transoptora mają szereg swoich parametrów, które są lub też nie, opisane w jego datasheet.

W niniejszym artykule przyglądniemy się podstawowym parametrom obu części transoptora odbiciowego.

W tym cyklu omawiamy niniejsze transoptory:

• CNY70,
• KTIR0711S.

Emiter (dioda LED)

Jako emiter wykorzystywane są diody LED. Każda dioda posiada kilka istotnych parametrów, które pozwalają ustawić prawidłowy punkt jej pracy w zależności od potrzeb.


Prąd przewodzenia (ang. Forward Current)

Każdą diodę LED, także i diodę transoptora trzeba zasilić prądem, od wartości którego zależy ilość emitowanego światła. Dlatego najważniejszym parametrem tej części transoptora jest prąd diody oznaczany jako IF, którego wartość maksymalną możemy znaleźć w tabeli Absolute Maximu Ratings:

Transoptor odbiciowy CNY70
Parametry graniczne emitera (diody LED).

Dla CNY70 parametr IF wynosi 50mA i oznacza to, że  możesz sterować diodę ciągłym prądem nie większym niż 50mA. Przekroczenie tego prądu, może skutkować uszkodzeniem diody.

W powyższej tabeli możesz także znaleźć parametr IFSM, którego wartość jest podana jako maksymalna wynosząca aż 3A (!). Co ten parametr oznacza?

IFSM, to maksymalny możliwy udarowy (impulsowy) prąd diody, którego czas trwania impulsu (tp) według kolumny Test Condition nie może trwać dłużej niż 10µs.

Jest to oczywiście związane z faktem wydzielania ciepła i możliwym uszkodzeniem diody, dlatego też od razu w tej części tabeli znajdują się parametry maksymalnej mocy rozpraszanej przez diodę PV (ang. Power Dissipation) oraz maksymalnej temperatury emitera światła (ang. Junction temperature).

W przypadku Power Dissipation, w kolumnie Test Condition znajduje się dodatkowa informacja, że parametr ten dotyczy sytuacji, gdy temperatura otoczenia (ang. ambient temperature) jest mniejsza lub równa 25°C.

Przekroczenie dopuszczalnej mocy wydzielanej na diodzie, skutkować może jej uszkodzeniem.

Więcej na ten temat piszę na końcu tego artykułu.


Napięcie przewodzenia (ang. Forward Voltage)

Następnym istotnym parametrem niezbędnym do prawidłowego ustawienia pracy diody LED transoptora, tak jak w każdej diodzie jest napięcie przewodzenia (VF). W tabeli parametrów podstawowych znajdziesz więc:

Transoptor odbiciowy CNY70
Napięcie przewodzenia emitera (diody LED).

Dowiadujemy się, że dla prądu diody wynoszącego 50mA, napięcie przewodzenia diody wynosić będzie typowo 1,25V, a maksymalnie 1,6V. Dokładniejszą zależność można znaleźć na wykresie:

Transoptor odbiciowy CNY70 - Emiter (dioda LED)
Zależność prądu przewodzenia od napięcia przewodzenia.

Schemat pracy diody emitera

Nic szczególnego w zakresie podstawowego układu pracy diody transoptora nie ma:

Aby obliczyć wartość rezystora znając wartość Vcc i napięcia przewodzenia diody (VF) oraz wartość prądu przewodzenia (IF), którym chcemy diodę sterować, możemy wykorzystać prawo Ohma:

Prawo Ohma dla diody LED.

lub dostępne kalkulatory.

---

Detektor (fototranzystor)

Drugą częścią transoptora odbiciowego jest detektor światła odbitego w postaci fototranzystora.


Schemat pracy fototranzystora detektora

Podstawowy schemat aplikacyjny tej części transoptora wygląda następująco:

Inną wersją możliwą do wykorzystania jest:

RL (RLOAD) reprezentuje obciążenie fototranzystora, na które składać się może zarówno rezystor jak i inne elementy podłączone do kolektora fototranzystora, o czym pisałem w artykule: LOAD - co to takiego?


Podstawowe parametry fototranzystora

W jego przypadku mamy znacznie więcej informacji w dokumentacji. Jak zwykle zaczynamy od Absolute Maximum Ratings:

Transoptor odbiciowy CNY70
Parametry graniczne detektora (fototranzystora).

Najistotniejsze parametry, to:

• VCEO - napięcie kolektor-emiter (ang. collector emitter voltage)
• IC -  prąd kolektora (ang. collector current). 

O ile w przypadku transoptorów odbiciowych VCEO z reguły nie przekracza 5V (max 24V), o tyle IC możemy ustawiać dowolnie poprzez dobór zewnętrznych elementów (patrz schemat pracy poniżej).

Dlatego w szczególności należy zwracać uwagę, by nie przekroczyć maksymalnej wartości parametru IC.

Z powyższymi dwoma parametrami, związane są następne dwa:

• PV - moc rozpraszana (ang. power dissipation)
• Tj - temperatura złącza (ang. junction temperature)

podobnie jak w przypadku diody opisanej powyżej są bardzo istotne, by nie uszkodzić fototranzystora.

---

Łączna moc rozpraszana transoptora

Powyżej dowiedziałeś się, że zarówno po stronie emitera jak i detektora, należy zwrócić uwagę, by nie przekroczyć granicznych dla nich parametrów maksymalnej mocy rozpraszanej (osobno dla emitera i detektora).

Jednakże z reguły jak większość scalonych elementów elektronicznych w tym zakresie jest jeszcze jedno łączne ograniczenie (ang. coupled):

Transoptor odbiciowy CNY70
Łączne parametry graniczne mocy rozpraszanej.

Jak widzisz w tabelce Absolute Maximmum Ratings w części parametrów łącznych dla całego transoptora, znajdziesz parametr łącznej mocy rozpraszanej Ptot (ang. Total power dissipation). W przypadku CNY70 wynosi on 200mW.

Wprawdzie w przypadku CNY70 suma tych parametrów dla emitera i detektora daje dokładnie  wartość graniczną łącznej mocy rozpraszanej:

ale nie oznacza to, że w przypadku innego transoptora także tak będzie. Może się więc okazać, że parametr ten będzie mniejszy od sumarycznych parametrów emitera i detektora, podobnie ja kto jest w przypadku pinów zasilających mikrokotroler: Mikrokontroler: Ograniczenia prądowe pinów zasilających

Nie zapomnij tego sprawdzić, jeżeli pracujesz w pobliżu granicznych wartości prądów!

Temperatura otoczenia ogranicza projektanta

Na koniec mała niespodzianka:

Moc rozpraszana zależy od temperatury otoczenia! Niby oczywiste, ale często się o tym zapomina :-)

Dokładniejsze dane znajdziemy na wykresie zależności mocy rozpraszanej od temperatury otoczenia:

Wykres uświadamia nam, że jak bardzo wraz ze wzrostem temperatury otoczenia obniża się wydajność rozpraszania mocy wydzielonej przez transoptor w postaci ciepła.

Oznacza to, że jeżeli transoptor pracuje np. w temperaturze otoczenia 50°C, to całkowita moc która może zostać rozproszona przez transoptor spada znacznie z 200mW, do zaledwie 130mW.

W konsekwencji może się więc okazać, że w takiej temperaturze otoczenia, nie będziesz mógł sterować diody emiter i/lub fototranzystora detektora prądami tak wysokimi, jak byś sobie tego życzył.

Jeżeli nie weźmiesz tego pod uwagę, to może się okazać, że w warunkach laboratoryjnych urządzenie działa poprawnie, a w terenie po nagrzaniu urządzenia do np. 50°C, z powodu zbyt dużej mocy wydzielonej na transoptorze w tej temperaturze, nasz transoptor przeniesie się do krzemowej krainy wiecznego szczęścia :-)

Transoptor odbiciowy: Zależności prądów diody i kolektora oraz powierzchni

Autor: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Transoptory

Dla projektanta urządzenia wykorzystującego transoptor odbiciowy bardzo istotne są zależności panujące pomiędzy emiterem, detektorem i obserwowaną powierzchnią.

W dokumentacji transoptora wiedza ta zawarta jest na wykresach, które w zależności od producenta są podawane w rozszerzonej lub nieco ograniczonej formie.

Jak w całym cyklu także i teraz zajmiemy się transoptorami:

• CNY70,
• KTIR0711S.

Prześledzimy zależności na przykładzie w/w transoptorów, a zaczniemy od tego, że nie zawsze dane w datasheet przedstawiane są prawidłowo:


Przykład błędu w dokumentacji

W datasheet CNY70 znajdujemy schematyczny rysunek uzupełniający do wytłumaczenia wykresów:

Transoptor odbiciowy CNY70
Błędny przekrój transoptora w dokumentacji.

Na czym polega błąd? Porównaj rysunek ze zdjęciem czujnika:

Widzisz problem?

Chodzi to, że rysunek sugeruje, iż istnieje przegroda pomiędzy emiterem i detektorem dochodząca aż do czołowej krawędzi czujnika, podczas gdy faktycznie jej nie ma. Rysunek wprowadza nas w błąd, ponieważ jeżeli zbliżymy czujnik do powierzchni, światło emitera nie docierałoby do detektora:

ponieważ przegroda całkowicie uniemożliwia dotarcie światła z emitera do detektora.

Ale jak widać na zdjęciu w rzeczywistości tak nie jest w związku z czym, rysunek w datasheet powinien wyglądać następująco (przegroda nie blokuje światła):

Transoptor odbiciowy CNY70.
Prawidłowy przekrój transoptora.

Zły rysunek prowadzi do złych wniosków, które byłyby niezgodne z prezentowanymi wykresami, a pierwszym z nich jest:


Zależność prądu kolektora od odległości powierzchni

W datasheet znajdujemy wykres, pokazujący zależność prądu kolektora fototranzystora, od odległości czujnika od powierzchni, przy VCE=5V oraz prądzie diody IF = 20mA:

Transoptor odbiciowy CNY70
Wykres zależności prądu kolektora od
odległości czujnika od obserwowanej powierzchni.

 Czerwonym tłem  wyróżniłem rysunek przedstawiający położenie czujnika względem obserwowanej powierzchni, a przede wszystkim odległość od niej oznaczoną jako d (ang. distance).

Wykres pokazuje, jakiego prądu kolektora (IC) możemy się spodziewać, w zależności od odległości od powierzchni. Im odległość jest mniejsza, tym większy prąd osiągniemy. Zauważ jednak, że skala osi rzędnych pokazując prąd kolektora (IC) jest logarytmiczna.

Oznacza to, że odległość ma kolosalny wpływ na uzyskaną wartość prądu. Innymi słowy im większa odległość, tym zdecydowanie gorsza odpowiedź fototranzystora. Na przykład dla odległości 2mm, prąd kolektora jest już na poziomie zaledwie 0,5mA, co zaznaczyłem czerwonymi liniami na wykresie.

Wykres ten pokazuje także błąd w rysunku, który opisałem powyżej. Gdyby rysunek był taki jak w datasheet, to na początku wykresu (okolice d=0) wartość prądu kolektora powinna spaść do zera. Zauważ jednak, że na powyższym wykresie w takiej sytuacji prąd kolektora jest maksymalny (!).

Inaczej przedstawia się sytuacja w przypadku transoptora KTIR0711S:

Transoptor odbiciowy KTIR0711S.

Kształt jego obudowy powoduje, że przyłożenie go do powierzchni (d=0) uniemożliwia dotarcie światła z emitera do detektora. Powinniśmy się więc spodziewać, że w takiej sytuacji powoduje to spadek prądu kolektora do zera, co potwierdza się na wykresie:

Transoptor odbiciowy KTIR0711S
Wykres zależności prądu kolektora od
odległości czujnika od obserwowanej powierzchni.

Powyższy wykres pokazany jest dla prądu diody IF=4mA, napięcia pomiędzy kolektorem i emiterem wynoszącym VCE=2V, a test wykonano w temperaturze 25°C.


Na powyższym wykresie możemy więc ustalić, że najlepszą odpowiedź transoptora KTIR0711S uzyskamy przy odległości 0,5mm od powierzchni, a pomiędzy 0,2mm i 1,2mm uzyskamy całkiem dobrą odpowiedź na poziomie 80% maksymalnego prądu kolektora.



Zależność prądu kolektora od prądu diody

To kolejna istotna dla projektanta charakterystyka transoptora. Pokazuje ona zależność prądu kolektora (IC) od prądu diody (IF) przy określonych testowych parametrach:

• odległości transoptora od obserwowanej powierzchni wynoszącej d=0,3mm,
• napięciu kolektor-emiter VCE=5V.

Transoptor odbiciowy CNY70
Wykres zależności prądu kolektora
od prądu przewodzenia diody LED.

Innymi słowy, wykres pokazuje jak dużą otrzymujemy odpowiedź fototranzystora detektora w zależności od tego jak jasno świeci dioda emitera.

Istotne jest oczywiście, jaki kolor ma powierzchnia testowa, co także opisane jest na wykresie w górnym lewym rogu.

Także i ten wykres oparty jest o skale logarytmiczne, tym razem na obu osiach.



Zależność prądu kolektora od prądu diody i napięcia kolektor-emiter

Następnym ważnym wykresem jest wykres zależności prądu kolektora (IC) od prądu diody (IF) przy wybranym napięciu kolektora (VCE). Jest to rozwinięcie poprzedniego wykresu, który był przedstawiony wyłącznie dla wybranego napięcia VCE:

Transoptor odbiciowy CNY70
Wykres zależności prądu kolektora
od prądu diody i napięcia kolektor-emiter.

Tutaj mamy znacznie więcej danych zebranych na jednym wykresie i jest podobny do wykresu charakterystyki wyjściowej tranzystora bipolarnego npn pracującego w układzie WE, które zapewne nie są Ci obce :-)

Podobnie jak w poprzednim przypadku, także i tutaj istotne jest jaki kolor ma powierzchnia testowa, co także opisane jest na wykresie w górnym lewym rogu.

Przykład:

Jeżeli ustawiłeś prąd diody na IF=10mA, a napięcie kolektor-emiter fototranzystora na VCE=5V, to prąd kolektora (IC) przy białej powierzchni w odległości 0,3mm od transoptora, będzie wynosił nieco powyżej 0,1mA, czyli IC≈100µA, co zaznaczyłem na wykresie.



Dlaczego prąd kolektora jest tak istotny?

Parametry opisujące prąd kolektora są istotne dla projektanta, z powodu pojemności podłączonych do wyjścia transoptora. Są to:

• pojemności pasożytnicze (np. pojemności ścieżek, przewodów, wejść podłączonych układów),
• pojemności celowe (np. w celu świadomej filtracji sygnału transoptora).

Dlatego układ faktyczny po stronie detektora wygląda następująco:

Transoptor odbiciowy.
Rzeczywisty schemat pracy wraz
z pojemnościami pasożytniczymi lub celowymi.

W zależności od wielkości pojemności jeżeli chcemy uzyskać bardziej strome zbocza sygnału wyjściowego transoptora, musimy tak dobrać parametry układu pracy, by prąd kolektora był możliwie duży, by mógł szybko rozładować pojemność.

Jest to istotne w przypadkach, w których należy zmniejszać czasy opóźnień odpowiedzi transoptora na zdarzenie związane z obserwowaną powierzchnią (np. szybkie obracanie enkoderem).

Więcej w tym zakresie znajdziesz w następnym artykule.

Transoptor odbiciowy: Wpływ ruchu powierzchni na odpowiedź transoptora

Autor: Dondu

Artykuł jest częścią cyklu: Transoptory

Do tej pory rozpatrywaliśmy przypadki, gdy czujnik był naprzeciwko powierzchni, która nie miała ograniczeń i nie była w ruch.

Wykorzystując transoptory odbiciowe z reguły spotkamy się jednak z sytuacją, w której powierzchnia przesuwa się przed transoptorem. Na przykład jest to enkoder obrotowy z tarczą, która obraca się na osi, a transoptor obserwuje naniesione na tarczy białe i czarne pola np. w obrotomierzu: Obrotomierz na AVR ATmega8..

Dlatego też w datasheet można znaleźć wykresy pokazujące jak stromych zboczy należy się spodziewać przy danym przesunięciu ograniczonej powierzchni względem transoptora oraz odległości czujnika od powierzchni.

I znowu do omówienia wykorzystamy  transoptory:

• CNY70,
• KTIR0711S.

W przypadku CNY70, w datasheet znajdziesz wykres:

Transoptor odbiciowy CNY70
Wykres zależności prądu kolektora od
przesunięcia powierzchni i odległości czujnika.

Wykres ten wymaga bardziej szczegółowego wyjaśnienia stąd poświęcimy mu cały artykuł.

Warunki testowe określone zostały następująco:

• napięcie kolektor-emiter VCE=5V,
• prąd diody IF=20mA,
• nie podano jaki kolor ma powierzchnia, należy więc przyjąć, że taki sam jak w poprzednich przypadkach, czyli biały.

Zacznijmy od tego, że na wykresie znajdujemy dodatkowe rysunki pokazujące ustawienie czujnika wobec ograniczonej powierzchni, dla dwóch kątów ustawienia czujnika:

Transoptor odbiciowy CNY70
Rysunek przedstawiający sposób ustawienia
transoptora i powierzchni do testów.

Rozdzieliłem je czerwoną linią, a na razie interesować nas będzie tylko ten górny.

Co on przedstawia?

Przedstawia on sposób przesuwania się obserwowanej powierzchni przed czujnikiem. Aby łatwiej było zrozumieć przygotowałem prostą animację:

Animacja pokazująca przemieszczanie
się ograniczonej powierzchni.

Widzisz na niej jak powierzchnia odbijająca światło (biała) przesuwa się przed czujnikiem, dla trzech stanów przesunięcia - 0mm, 5mm oraz 10mm. Zauważ, że powierzchnia z jednej strony (na dole) jest nieskończona, a z drugiej (na górze) jest skończona.

Oznacza to, że w dokumentacji przyjęto jako test nie białą i czarną powierzchnię, lecz białą i ... brak jakiejkolwiek powierzchni. Jeżeli brak powierzchni przed czujnikiem, to światło nie ma się od czego odbić, więc działa jak kolor czarny, a nawet lepiej :-)

Uzupełniłem wykres o dodatkowe rysunki w dolnej części przedstawiające powyższe stany odnosząc je do odpowiednich wartości przesunięcia na wykresie:

Transoptor odbiciowy CNY70.
Wykres zależności prądu kolektora od przesunięcia powierzchni
i odległości czujnika z naniesionymi pozycjami powierzchni.

Sądzę, że teraz będzie znacznie prościej zrozumieć rysunek i wykres z datasheet.


Położenie 0mm

To pierwszy skrajny przypadek, w którym krawędź powierzchni białej znajduje się co najmniej 1,5mm od krawędzi obudowy transoptora (w każdym kierunku):

Transoptor odbiciowy CNY70
Przemieszczanie  się ograniczonej powierzchni
 - położenie 0mm.

W tym położeniu największa ilość światła odbija się od powierzchni (białej) przez co uzyskujemy relatywnie największy prąd kolektora zbliżony do 1 (100%), co odczytujemy z wykresów.


Położenie 5mm

To moment, w którym powierzchnia przesunęła się względem transoptora w taki sposób, że krawędź pola białego znalazła się dokładnie w połowie obudowy transoptora:

Transoptor odbiciowy CNY70.
Przemieszczanie  się ograniczonej powierzchni
- położenie 5mm.

W tym wypadku relatywny prąd kolektora wynosić będzie 0,5 (50%), co odczytujemy z wykresów.


Położenie 10mm

To drugi skrajny przypadek, w którym powierzchnia znajduje się dalej niż 1,5mm od dowolnej krawędzi obudowy transoptora:

Transoptor odbiciowy CNY70.
Przemieszczanie  się ograniczonej powierzchni
- położenie 10mm.

W tym przypadku czujnik teoretycznie nie widzi już powierzchni, przez co relatywny prąd kolektora jest bliski 0 (0%), co także odczytujemy z wykresów.

Jednakże zauważ, że w zależności jak duża jest odległość od powierzchni (d), wykresy dla tego przypadku nie dochodzą do zera im większa jest odległość d. Jest to spowodowane oczywiście kątem emisji światła i widzenia fototranzystora.


Przykład wykorzystania wykresu

Załóżmy, że masz taki przypadek:

1. napięcie kolektor-emiter VCE=5V,
2. prąd diody IF=20mA,
3. prąd kolektora ustawiony na IC=0,9mA,
4. odległość fototranzystora od powierzchni d=4mm,
5. przesunięcie krawędzi s=3mm.

Wyznaczamy więc relatywny prąd kolektora:

Transoptor odbiciowy CNY70.
Przykład wykorzystania wykresu.

i otrzymujemy wartość 0,85.

Stąd już prosta droga do określenia faktycznego prądu jaki powinniśmy otrzymać na wyjściu transoptora przy założonych warunkach pracy:

Kąt nachylenia zbocza sygnału

Na powyższym wykresie warto zwrócić uwagę, na zależność kąta nachylenia zmian wykresów prądu względem odległości transoptora od powierzchni (d):

Transoptor odbiciowy CNY70.
Kąty nachylenia zmian wykresów prądu kolektora
względem odległości transoptora od powierzchni.

Omawialiśmy już to na przykładzie innego z wykresów, ale ten powyżej ładnie pokazuje, że:

Im mniejsza jest odległość transoptora od obserwowanej powierzchni, tym bardziej strome są zmiany zbocza sygnału wyjściowego.

Oddalanie i przybliżanie się powierzchni

Możemy także spotkać się z sytuacją, gdy powierzchnia zamiast przesuwać się przed transoptorem, oddala się od niego i przybliża. W takiej sytuacji powinieneś wrócić do punktu: Zależność prądu kolektora od odległości powierzchni



Sposób ustawienia czujnika 

Gdy przyglądniesz się czujnikowi CNY70, to zauważysz, że dioda i fototranzystor nie są umieszczone centralnie, bo to nie jest możliwe :-)

Dlatego też możemy się spodziewać, że w przypadku, gdy krawędź powierzchni (np. zmiana czarnego w biały) będzie na wprost transoptora odbiciowego zachowa się on nieco inaczej w zależności jak jest ustawiony:

Transoptor odbiciowy z tarczą enkodera.
Ustawienie transoptora dwoma bokami pod kątem prostym.

Dlatego też wrócimy teraz do rysunku pomocniczego na wykresie:

Transoptor odbiciowy CNY70.
Rysunek przedstawiający sposób ustawienia czujnika
i powierzchni do testów.

Ten rysunek pokazuje właśnie przypadek, w którym mamy czujnik obrócony o 90° względem swojej osi podłużnej - patrz oznaczenia literami E oraz D. Litery oznaczają oczywiście Emiter i Detektor.

Skoro na wykresie są umieszczone oba przypadki, a wykres jest jeden (nie rozróżnia przypadków), to należy uznać, że niezależnie od sposobu ustawienia transoptora CNY70, będzie on tak samo reagował.

Nie oznacza to, że tak samo będzie w przypadku wszystkich transoptorów. Drugi nasz przedmiot analizy, transoptor KTIR0711S, rozróżnia oba przypadki ustawienia czujnika oraz odpowiadające im numerami (oraz w pionie) wykresy relatywnego prądu kolektora :

Transoptor odbiciowy KTIR0711S.
Wykresy zależności prądu kolektora
od przesunięcia powierzchni i odległości czujnika.

Wprawdzie różnice pomiędzy wykresami dla odpowiednich kątów ustawień transoptora są niewielkie, ale warto na to zwracać uwagę, bo inne transoptory mogą mieć inaczej.