회로 정수 결정 TLP181

원래 도면중 C1 의 용도가 애매합니다. photo coupler 가 ON 되는 순간에
짧은 펄스 한발을 내기 의한 용도 (미분회로) 라고 하더라도 TR 의 base 가
DC 통로없이 떠 있는 것은 정상적 회로가 아닙니다.
통상적으로 특히 다른 이유가 없다면 R7 은 필요없는 것입니다.
위 도면으로 각 소자의 역할과 정수를 정하는 과정을 자세히 설명드려 봅니다.
전형적인 회로 정수 결정 과정이므로 꼼꼼히 보아 주시기 바랍니다.
미분이 필요할 경우 R3 과 직렬로 C 를 넣으면 되기는 하겠습니다만...
신호명과 부품번호가 달라져 있습니다.

1. R1
    PC 의 LED 측 전류를 제한해 주는 저항입니다.
    전원전압 24V 에서 적외선 LED 전압강하 (1.2V) 와 외부 스위치의 전압 강하
    를 빼면 약 22V 정도가 걸린다고 보면 될겁니다.
    TLP181 의 자료에 따르면 최대 50mA 로 되어 있고 전기적 특성에서는 10mA
    를 예로 들고 있습니다. 전류가 크면 LED 수명이 짧아지고, 적으면 동작이
    불안정해질 수 있습니다.  5mA~10mA 정도면 적당하겠습니다.
    10mA 로 하기로 하죠.
    22/10 = 2.2 (kohm) 이 됩니다. 전력 손실은 22*10 = 220 (mW) 이므로
    두배정도 여유를 두어 0.5W 짜리를 써야 안전하겠습니다.

2. R2
    이 것이 필요한 이유는 RUN_IN 쪽의 누설 전류 때문입니다. 약간의 누설이
    있더라도 LED 가 켜지지 않도록 하려는 것입니다. 외부 접속 상황에 따라
    다르겠으나 일단 1mA 로 하죠. 1.2/1 = 1.2 (kohm). 전력 손실은 충분히
    작겠으므로 계산할 필요 없겠습니다.
    이로서 1mA 이하의 전류가 흐를 때는 LED 에 영향을 주지 않게 되었습니다.
    그러나 LED 에는 이 1mA 가 덜 흐르게 되므로 9mA 가 흐르게 됩니다.

3. D1
    필요하지 않을 수도 있습니다. 혹, RUN_IN 단자로 24V 이상의 신호가 인가될
    가능성이 있을 경우는 필요합니다. LED 에 역방향 전압이 크게 걸리게 되면
    LED 수명이 현저히 짧아지기 때문(광량저하)에 필요합니다.

4. PC
    여기서 중요한 값은 CTR (Current Transfer Ratio)  입니다. bipolar TR 의
    전류증폭율에 해당하는 값입니다. 편차가 심하므로 형명뒤에 색깔을 나타
    내는 문자를 첨부하는 것이 보통입니다. 데이타 시트에는,
    none      = 50~600
    rank Y    = 50~150   ----- Yellow
    rank GR = 100~300 ----- Green
    rank BL  = 200~600 ----- Blue
    rank GB = 100~600 ----- Green & Blue
    로 되어 있습니다. 아무 rank 의 부품이나 사용할 수 있도록 하고, 제품의
    수명중 이 값이 줄어들 가능성을 감안하여 25 로 작게 잡기로 합니다.
    LED 전류가 9mA 이므로 photo transistor 의 최대 전류 츨력은,
    9*(25/100) = 2.25 (mA) 가 됩니다. 출력측 전원 전압이 5V 이므로
    총 부하저항은 약 2kohm 이상이 되어야 한다는 의미입니다.

5. R3
    photo TR 의 전류 제한 저항입니다. 그 보다는 Q1 의 base drive 전류제한
    저항이라는 편이 더 낫겠네요.
    TLP181 의 Vce(sat)=0.4V(max) 이고 Q1 의 Vbe = 0.6V 로 하면 R3 양단
    에는 최소 약 4V 가 걸립니다.
    전류는 위에서 결정한 2.25mA 이하로 유지하여야 합니다.
    얼마로 잡으면 좋을까... 이는 Q1 의 부하측 전류와도 상관이 있습니다.
    1mA 로 하기로 하겠습니다. 4/1 = 4 (kohm) 그러나 이 값은 표준값이
    아니므로 제일 가까운 3.9kohm 으로 하겠습니다. 그러면 전류는,
    4/3.9 = 1.026 (mA) 가 됩니다.
    전력 용량은 문제 없겠군요.

6. R4
    photo TR 이 off 되었을 때 Q1 도 확실히 off 시키기 위하여 필요합니다.
    on 중에는 단순히 손실 전류가 흐르게 되므로 저항값을 너무 적게 잡지는
    않고 싶습니다. 가능한 최대 저항값을 굳이 계산해 보자면, 2 가지 값을
    알아야 합니다.
    하나는 photo TR 이 off 되었을 때 누설 전류입니다. 전제 조건이 복잡하게
    관련되어 있기는 하나 ICEO = 50uA(max) 가 규격표에서의 값입니다.
    또 한가지는 Q1 의 ICBO 입니다. KST2907 의 ICBO 를 보니 -0.01uA(max)
    로 되어 있습니다. 이건 50uA 에 비하여 충분히 작은 값이니 무시해도
    되겠군요.
    결국 50uA 가 R4 를 흐르며 전압강하를 0.6V 이하로 만들면 Q1 은 off 상태를
    유지한다는 뜻입니다. 이에 따라 R4 의 최대값은 0.6/0.05 = 12kohm 이
    됩니다. 그러나... 통상 이 값은 이렇게 까다롭게 계산하지 않고 눈대중으로
    결정합니다.
    동작 속도가 수백nsec 단위로 중요할 경우, 이 저항값은 훨씬 더 적게 해 주어야
    합니다. 저항값이 커질수록 off 에 걸리는 시간이 늘어나기 때문입니다.

    일단 1kohm 이면 적당할 것 같습니다. 이 경우 on 중에 0.6mA 정도가 R4를
    통하여 손실이 되고 나머지 0.4mA 정도만이 Q1 의 base 로 유효하게
    흐르게 됩니다. 에~이~씨~ 좀 아깝네.
    2.2kohm 으로 바꾸렵니다. 이 경우, 0.27mA 가 R4 로 손실되고 0.73mA 가
    유효한 Q1 의 base 전류가 됩니다.

7. Q1
    이 TR 의 종류나 특성은 별 문제가 없습니다. 소위 "아무거나" 갖다 써도
    되는 경우입니다. 전압도 5V 로 낮고 전류도 10mA 전후일 것이기 때문이죠.
    전류증폭율도 문제가 안 됩니다. base 로 0.73mA 가 흐르므로 collector
    전류는 10배인 7.3mA 에서 20배인 14.6mA 정도까지 흘려도 무방합니다.

8. R5
    위항에서 이미 설명되었습니다.

이 출력을 단순히 logic 회로에서 받아 내는 것이라면 Q1 과 관련된 부분은
제거해도 됩니다. photo coupler 의 TR 측을 바로 입력시켜도 되는거죠.
logic 회로가 CMOS 가 아닌 bipolar TTL 일 경우에는 PNP 로 drive 하는
것이 불리합니다. low 시 logic 입력에서 흘러 나오는 전류가 상당히 크기
때문에 저항으로 pull-down 되는 구조는 적합하지 않습니다.