光电接近开关电路

图1 感测开关(N.O 型)动作
若是N.C 型，则动作相反，远离为ON，靠近为OFF。各种不同感测组件，(光电，
磁感测，超音波……)都可以当近接开关的传感器。至于开关接点的型式，有晶体管接点，金属接点和可控硅接点。
目前我们要谈的产品，是以光电组件当感测头，所以必须有一个光发射器和一
个光接收器，我它们并列安装，由物体靠近时进入发射光反射回来，接收端所得到的
反射量的大小，代表物体的远近。

图2 光电接近开关方块图
一般感测用书所介绍的光学近接式开关实习线路，大都采用直流驱动(像光遮断
器的接法)，虽然方便实习进行。但却是不负责任的做法或经验不足。因近接开关乃
以发射光经物体反射接收来判断。若一直流驱动，则任何光源变化或阴影都会被接
收，而造成不确定的错误动作。
所以真正的光学式近接开关，采用红外线波长的发光二极管和光敏三极管外，最
重要的是：以交流驱动(而非直流驱动)，由振荡器产生固定频率f₀的信号，经电流
放大，去驱动发光二极管，便能发出频率为f₀ 的光脉波。
接收端所接到的信号，可能有任何光源的变化，但经过中心频率为0 f 的带通滤
波器，滤除f₀以外的信号后，只有与f₀频率相同的信号被放大。而其电压的大小将
随距离的远近而改变。
经放大后的交流信号(频率为f₀ )，若加以整流，便能进入交流变成直流，就能很
方便地用电压比较器加以判断，最后才控制开关的ON 和OFF。
2. 电路分析

图3 光学式接近开关电路分析
(1) 振荡器：OP1
任何能够产生方波，脉波或正玄波的电路，都可以当本单元的振荡器。目前
我们使用OP1 当做方波振荡电路，并由R 和C 来决定振荡频率f₀的大小。

若C=0.1μF，R=4.55kΩ，便能得到 f₀ =kHz 的方波。而这个振荡电路我们可
以由GS-03 完成之。

图4 GS-03 改装成振荡器
图4 中，决定振荡频率的R 和C，已知C=0.1μF，R= RV_A和(10k+ RV₃ )并联，若RV₃ 调成0Ω，则
=(20k可变电阻)//(10kΩ固定电阻)，调RV_A 能得到R=4.55kΩ…… RV_A=8.34kΩ时
※也可以用一个8.2k 的电阻取代RV_A
(2) 电流放大：Q1

图5 电流放大的说明
事实上近接开关侦测的距离都非常短，大都在10mm(1 公分)以内，可以不必加
电流放大级。但我们希望进入光发射的强度增大，使发射距离增长，那么就可以进入这
些电路也当成红外线遥控开关来使用。

图6 红外线遥控应用
进入反射组态，变成对设组态的安排便成了红外线遥控电路。此时除了可以当遥
控开关外，也可以当远距离的光遮断器使用。判断有没有物体通过，或拿来当防盗
感应器，侦测有没有入侵者。
(3) 带通滤波器：OP2
OP2 配合一些电阻与电容组成带通滤波器，目前设计成中心频率为1kHz。

图7 带通滤波器特性说明
简言之，带通滤波器乃抑制中心频率f ₀ 以外的信号，即消除其它频率(被视为杂
讯)的干扰。只让1kHz 的信号通过。
(4) 信号放大：OP3
OP3 只是一个普通的相反放大器，进入带通滤波器所得到1kHz 的信号加以放大，
以利往后的电压比较和判断。OP3 的电路，可以拿GS-03~GS-06 来完成。
(5) 整流电路：D2

图8 半波整流与滤波
当物体越近时，OP3 的输出电压V₀₃ 越大，当电压足以让二极管导通(约0.7V~1V
以上)时，便具有半波整流的功用，再加上C_F 滤波，便能得到V_DC 的直流电压。物体
靠近V_DC 上升，物体远离V_DC 下降。则能以V_DC 的大小，代表物体的近远。