フォトトランジスタを使う

　「蛍光灯がついているかどうかを調べる機器を作る」ことになりました。とっても簡単だと思ったのですが、結構が奥がフカイ・・・

明るさを検知するには

　蛍光灯がついているかどうかを調べるには、明るさを検知すれば良いでしょう。まあ、蛍光灯が点灯するために流れている電流を調べるということもできますが、蛍光灯が壊れた時に、どのような電流になるのか判らないため、問題があると言えます。

　昔なら、ＣＤＳセンサーを使ってやることになったのだと思うのですが、ＣＤＳには、なんちゃらカドミウムが使用されているらしくイメージがよろしくありません。そこで、今回はフォトトランジスタを使用します。ネットで調べてみると、普通のトランジスタを削って、光が入り込むようにし、フォトトランジスタとして使用するという「荒業」もあるようですが、仕事に使うのには、ちょっと無理がありますね。

適当なフォトトランジスタ

　さっそくデータブックやら、ネットで入手しやすく、感度の良い、それでいて安いフォトトランジスタを探します。しかし、どうもデータシートを見ているとピーク波長800nmなんてことが書いてあります。中には900nmのものも。これは赤外線領域なので、通常の明かりを測るには向いていないのではと心配になります。しかし、さらに調べてみると「可視光線カットフィルタ付」なんて記述も出てきます。これは赤外線通信を行うために可視光線の影響を受けにくくするフィルタがついているということでしょう。とすると、フィルタなしなら、可視光線に反応してくれるのかもしれません。でも、データシートには、最低の波長、最高の波長、感度のグラフの記述がないものもあります。おまけに入手性がとても悪い。

　結局、（普段あまり使いたがらない）東芝製のＴＰＳ６０１Ａ、ＴＰＳ６１５が候補として残りました。東芝は、個人的には好きなメーカーではないのですが、電子部品によっては、２ＳＣ１８１５など、不動の地位を築いているものも少なくありません。

ＴＰＳ６０１ＡとＴＰＳ６１５の動作

実験に用いた回路

　さっそく部品を購入して試験しました。フォトトランジスタは、受ける光の量によって流れる電流が変化します。これを測定するために負荷となる抵抗を介して、電源に接続します。回路を見ているとフォトトランジスタの抵抗が変化して電圧を分圧して取り出しているようにも見えますが、そうではないそうです。

種類	部屋での出力電圧Vout
TPS601A	0.385v
TPS615	4.22v

Vcc=9.0vでの出力電圧

　この実験で見る限り、TPS615のほうが同じ明るさで電流を沢山流すようです。ただ、センサーの方向や明るさを厳密に同じにしたわけではないので、大体といったところです。価格的にもTPS615が４分の１くらい（TPS615は、2007年5月現在50円で入手可能）なので、今回はTPS615を使用することにしましょう。

ＩＯポートにつなぐ

　この出力がある閾値（しきいち）になったらＯＮになるように加工して、マイコンの入力ポートに接続します。今回はＨ８やＰＩＣではなく、パソコン上にＩＯボードを接続して入力します。ボードには、インターフェース社さんのＰＣＩ－２８２６ＣＶを使用することにします。

　するとまず、この信号を「ある閾値でＨまたはＬとする」回路が必要です。このような判断をするのにコンパレータというものを使用します。コンパレータとはオペアンプの一種で、比較用に特化したものです・・・なんて書いていますが、私、この実験をするまでオペアンプとコンパレータの違いについて理解していませんでした。コンパレータ紹介の文章には、決まって「オペアンプの一種で比較用に特化した・・・」的な記述があります。今回使用したコンパレータは秋月電子での価格が魅力のＬＭ３３９ですが、このチップ、出力がオープンコレクタです。

　マイコンやＴＴＬＩＣ（絶滅危惧種）では一般的なオープンコレクタですが、アナログＩＣの世界にもあるんですね。というよりも、コンパレータとは、アナログ-デジタル変換ＩＣというほうが良いかもしれません。変換精度１ビット（！）参照電圧入力可能な、出力オープンコレクタのＡＤコンバータです。実は、ろくにデータシートも読まずにブレッドボードに回路を組んで簡単な実験をしていました。

　サクサクとつないで、ＶＣＣとＧＮＤの抵抗値のみテスターで測定して、電池つないで電源ＯＮ。その時点では写真のＬＥＤはまだついていませんでした。出力電圧を測定すると300mV～400mVくらいでフラフラしています。最初、「あー、やすもんのコンパレータで壊れているのか」と思いました。（おいおい）でデータシートを見ると、「オープンコレクタ」との記述を発見。

　考えてみれば当たり前の話で、比較した後、出力をデジタルで使う目的のＩＣですから、いろいろな電圧にインターフェースがとり易いオープンコレクタが正解ですよね。ただ、オペアンプの勉強をしていると、正帰還に負帰還と、出力電圧があることが前提なので、まさか、ハイインピーダンスになるとは想像しておりませんでした。

　余談ですが、このＩＣ、ピン配置にも味があります。ちょっと見ると、なんでこんな配置なんだろうと思います。でも、４回路のコンパレータを使うということは、大量の比較課題があるシーンが想定されるわけです。その時、基板上にズラっと並べて使いやすいように、入力側、出力側を分ける。その間に電源を持ってくる。最近、理不尽なピンアサインのＬＳＩを多く見る中、なかなか見せるデータシートでした。

　撮影した回路（回路図ありません、すいません）で、左上にあるＬＥＤかなと思わせる素子がTPS601Aです。この上に手をかざし、光を遮るとＬＥＤが点灯します。この回路は実験用で、抵抗値は手持ちから適当。データシートを見ずにＬＥＤを直接ドライブ。という無謀なものですから、マネしないでください。

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