光に反応する回路－光センサ回路

光センサを使う

ＣＤＳ　という光を関知する安価なセンサがあります。

 

 

なんやかんやの物質を混ぜ合わせていると意外な電気的特徴が出るのが半導体で、CDSはカドミウムと硫黄を混ぜ合わせた半導体です。

このＣＤＳは当たる光の量で抵抗値が変化するというセンサです。
この抵抗値の変化を利用して、その変化で動作するというLED点灯する電子工作の回路を考えます。

 

ＣＤＳセンサを試す

また最初にＣＤＳがどんなものか、ちょっと光を当てて動きを見てみましょう。

光の量というのは照度計が無いとなかなかわかりにくいものなので、ここでは夜、室内で電気をつけたとき、消したときで　ＣＤＳの抵抗値をはかりました。

 

　　●室内で電気をつけたとき　　　　－　　　約７．５KΩ

　　●室内で電気をさえぎったとき　　－　　　約１２０KΩ

 

このようになりました。

手をかざして光をさえぎったり、電気を消したりして抵抗値が変化することを試してみてください。

 

この明るさで変わる抵抗値の変化を利用して動作する回路を考えます。

 

プルアップの謎　コンデンサを試す　では、コンデンサを自動的に抵抗値が増える抵抗としてとらえ、それでＬＥＤの点灯ディレイ（遅れ）という回路を試したので、ここでもＣＤＳの抵抗の変化でＬＥＤが点灯したり消えたりと反応する回路を作るという似た方法です。

ＣＤＳを使って、暗くなると自動的にＬＥＤが点灯するという回路を作ってみることにします

 

１．CDS実験回路

 

これだと

• 室内で電気をつけたとき　　　　－　　　約７．５KΩ
• 室内で電気をさえぎったとき　　－　　　約１２０KΩ

となるので、　

 

明るいとき

• CDS＝７．５KΩ　の抵抗、　　
• 暗くなると　CDS＝約１２０KΩ　

の抵抗をつないだのと同じことになります。

しかし、これでは抵抗値が大きすぎるのと、明るいとき抵抗が小さくＬＥＤが点灯、暗くするとＬＥＤが消灯となり、都合がよくないですね。

 

２．大きく変化する抵抗値を受け流す

抵抗の変化があまりに大きいので、そのまま直列では使えず、
他の方法　　分圧を使います。

コンデンサを試す　の方法と同じような方法です

分圧の式の通り　　Ａ点とグランド間の電圧Vは

 

 

　　となります。

 

暗くなると点灯する回路作り

電圧Vも　暗くなりCDS1の抵抗値が大きくなると　Ａ点の電圧も大きくなるので、　

暗くなると電圧が上昇　→　ＬＥＤが点灯　と目的通りです。

 

このまま、

 

にして、Ａ－ＧＮＤに高照度ＬＥＤ（実測1.6Vあたりで点灯するＬＥＤ）をつないでみる

ＬＥＤの電圧Ｖがどうなるか、分圧で計算してみると

 

• 明るいとき　CDS=7.5kΩ
  

  Ｖ

  ＝

  7.5k 7.5k＋10k

  ×　３Ｖ

  ＝ １．２８Ｖ

• 暗いとき　CDS=120kΩ
  

  Ｖ

  ＝

  120k  120k ＋10k

  ×　３Ｖ

  ＝ ２．７７Ｖ

1. 明るいときは電圧が足りずＬＥＤは点灯しません（ＬＥＤは実測1.6Vあたりで点灯する）
2. 暗いときは　電圧が２．７７Ｖになり　ＬＥＤ点灯！

 

• 明るいとき　－　ＬＥＤは　消える
• 暗いくなると　－　ＬＥＤは微弱に点灯　　となります。　

 

暗くなるとＬＥＤが点灯という目的通りなのですが、

しかし、このままでは　上の抵抗を通ってＡに行く道スジなので小さな電流しか流れません。

結局　この回路で目的通り動作はしますが、ＬＥＤは微弱にしか点灯しません。

それなら、電流を大きくしようと、Ｒ１の抵抗値を小さくすると、Ａに行く電流も大きくなりますが、光センサＣＤＳの抵抗値とのバランスが崩れ、分圧が全然違う電圧になってしまい、今度はＡの電圧が全く崩れてしまいます。

 

つまり　この方法では上の抵抗を通ってＡに行く道筋なので小さな電流しか流せないのです。

さらに改良

そこで、このまましょうがなく小さな電流で小さく（弱く）ＬＥＤを点灯させるのではなく、

その小さな電流でスイッチを入れ、ＬＥＤを点灯させる方法を使うことにします。

→　トランジスタのスイッチング回路

 

これならば、電流が小さくてもトランジスタをオンにさえ出来る電流があればいいので、ＬＥＤを明るくつけることができるハズです。

 

回路を作ってみます。

トランジスタをスイッチに使い、これでＬＥＤ点灯のスイッチを入れます。

 

つまり、

暗くなると　ＬＥＤを点灯させるのに必要な電圧　　→　ＬＥＤが点灯

から改良し、

暗くなると　トランジスタをオンさせるのに必要な電圧　→　ＬＥＤが点灯
にします

トランジスタをオンさせるのに必要な電圧はずっと小さくてすみ　　約0.65Ｖです
オフさせるには　0.65V　以下にすればいい。

 

これがその回路です。

 

　Vの電圧は、分圧で計算してみると

 

• 明るいとき　CDS=7.5kΩ

  Ｖ

  ＝

  7.5k 7.5k＋75k

  ×　３Ｖ

  ＝ ０．２７Ｖ

• 暗いとき　CDS=120kΩ

  Ｖ

  ＝

  120k  120k ＋75k

  ×　３Ｖ

  ＝ １．８４Ｖ

 

トランジスタは　0.65V以上でonにできるので トランジスタを　on,　ｏｆｆ　できる電圧なのがわかります。

＊　これだと、ＣＤＳ　と　Ｒ１　の分圧で作り出した電圧Ｖはトランジスタをオンする役割だけで、いったんオンになると一番右のラインのＬＥＤのところがつながり電圧Ｖの大きさには関わりなくＬＥＤが点灯します。　ＬＥＤの明るさの調節は抵抗Ｒ２でします。

 

これで、こんどは　夜、部屋の電気を消すと　ＬＥＤがパッチリと暗い部屋で点灯し、なかなかイイもんです！

 

とりあえず　センサ光りモノ　電子工作　の完成です

プルアップの謎、コンデンサを試す　で出てきた、下の抵抗値が上がっていくと、Ａの電圧も上がっていく原理で、コンデンサの代わりにＣＤＳを使っただけです。
コンデンサ＝自動的に抵抗が大きくなる抵抗　、　ＣＤＳ＝光加減によって変わる抵抗となり、結局、変化する抵抗がＣＤＳに代わっただけで回路の原理は似たようなものです。
結局はこの回路、振り返ってみれば　プルアップの謎　からつながっている流れだというのがわかるでしょう。