光电开关应用设计讨论
一. 检测原理
光电开关由一个发光管和一个光敏二极管或三极管组成。其原理很简单，发光二极管发出的光传递到光敏三极管，再转换成电信号。如图1所示，LED为发射端，正向电流IF越大，发射光的强度就越大；PT为接收端，收到的辐照度越大，产生的光电流IC越大。调整Rlimit值可控制IF的大小，调整RL值可控制Vout的大小；Vout可通过MCU的ADC采样或者GPIO电平做出判断。
- 无辐照度时，PT截止，Vout=VCC；
- 辐照度低时，PT导通，Vout=VCC-(IC*RL)；
- 辐照度高时，PT饱和，Vout=VCE(sat)；
二. 注意事项
1. 负载接集电极
通常接法是负载接集电极上，但也有将负载接发射极的，如图2所示。
这种接法也能使用，但需注意只适用于负载等效电阻很小的时候（几十欧姆以内）。如果负载等效电阻比较大，可能会引起三极管工作点不正常，导致开关工作不可靠。
当负载接在三极管的发射极时，IB的大小不仅受到控制电压的影响，还受到负载压降的影响。由于负载压降是不确定的，这会导致IB的值不稳定，进而影响IC电流的大小。因此IB的不稳定性直接影响了三极管驱动负载的能力。这种不确定性使得三极管作为开关使用时，无法精确控制负载的工作状态，尤其是在需要精确控制电流和电压的应用中，这种不确定性可能会导致系统性能下降或工作异常。
2. 输出需要整形滤波
光敏三极管输出电压是个模拟信号，不稳定，需要接电压比较器，处理成TTL电平信号。如图3所示。
3. 背景干扰抑制
当光电开关受到背景强光干扰时，会造成信号被掩盖，无法有效区别信号和背景。以反射式对管检测为例，如图4所示，当背景光较强时，反射管和背景光的透射光混在一起，难以区分。
如果背景光没有强到使接受管饱和的话，可以采用下列方式规避背景光干扰，如图5所示。由于背景光不会频繁变化，因此可以在背景光的基础上，叠加一定频率的调制信号。通过识别调试信号的频率，检测目标物。
三. 参考资料
1. 光电开关简介