JPS5953652B2 - 近接スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高周波発振形の近接スイッチに関し、特にバ
イポーラモノリシックＩＣ化するのに適した回路の近接
スイッチに関する。

高周波発振形の近接スイッチは検出コイルに金属等の物
体が近づくことにより、この検出コイルとともに形成さ
れている発振回路の発振振巾が小さくなることを利用し
て、前記物体の検出を行なうものである。

ところで電源投入時には発振回路の発振振巾は、電源投
入直後にただちに立ち上がらずに若干の遅れをもって立
ち上がる。

したがって、この発振振巾が立ち上がるまでの時間にお
いては、物体が接近している場合と同じように発振振巾
が小さいため、物体が近づいていることを表わす誤った
出力信号を生じるおそれがある。

このため電源投入直後は一定時間出力信号を発生させな
いようにする電源リセット回路を設けるのが普通である
か、このリセット時間を一定のものにしておくと次のよ
うな問題が生じる。

すなわち電源電圧が緩やかに立ち上がった場合には、発
振回路は、供給される電圧がある程度以上にならなけれ
ば発振開始せず、発振開始してから所定の発振振巾に達
するまでさらに時間がかかるため、電源投入してから極
めて長い時間誤った出力が生じる可能性がある。

したがって、これに備えてリセット時間を極めて長くと
っておけば、今度は電源電圧が急峻に立ち上がった場合
には時間が無駄になってしまう。

このような問題を解決するための本発明者等は、第１図
に示すような近接スイッチの回路につき、すで゛に発明
している。

この第１図において２点鎖線１で囲まれる部分はＩＣ化
される回路部分であり、発振回路１１．コンパレータ１
２、積分回路１３、コンパレータ１４、定電圧回路１５
、電圧検出回路１６、タイマ回路１７、出力回路１８が
含まれる。

定電圧回路１５は直列制御形主制御トランジスタ１５１
と、このトランジスタ１５１のベースに接続されたダイ
オード１５２、定電圧素子１５３と、電流ミラー回路を
構成するトランジスタ１５４，１５５及び抵抗１５６と
、トランジスタ１５１のコレクタ・ベース間に接続され
た抵抗１５７とから構成されている。

電圧検出回路は定電圧素子１６１とトランジスタ１６２
〜１６７よりなり、トランジスタ１６４，１６５及び゛
トランジスタ１６６．１６７はそれぞれ電流ミラー回路
を構成し、トランジスタ１６２のコレクタ及び斗うンジ
スタ１６３のベースに一定の電流を供給している。

このＩＣ回路１に側路コンデンサ２１、検出コイル２２
、及びこの検出コイル２２とともに並列共振回路を構成
するコンデンサ２３、感度調整用可変抵抗２４、積分用
コンデンサ２５、タイマ回路用コンテ゛ンサ２６がそれ
ぞれ外付けされる。

検出コイル２２に物体が接近していない通常時には、発
振回路１１の発振振巾は大きいのでコンパレータ１４か
ら出力信号が生じず、出力回路１８の出力信号はローレ
ベルとなっている。

検出コイル２２に物体が近接上だ検出時には、発振回路
１１の発振振巾が小さくなるため、出力回路１８の出力
信号はハイレベルとなる。

すなわちＮＬ（ノーマルロー）出力か生じることになる
。

定電圧回路１５の出力電圧■、が小さい時には１〜ラン
ジスタ１６２はオフであるから、１ヘランジスタ１６３
か゛オンとなり、タイマ回路用コンテ゛ンサ２６が短絡
されている。

電圧Ｖ５が所定値以上に達するとトランジスタ１６２が
オンとなり、トランジスタ１６３か゛オフとなるのでタ
イマ回路用コンテ゛ンザ２６が充電開始し、タイマ回路
１７はそのタイマ動作を開始することになる。

タイマ回路１７がタイムアツプする前は出力回路１８に
電流が供給されないようになっており、タイムアツプし
てから後、出力回路１８に電流供給されるようになって
いる。

したがって電源投入時に、定電圧回路１５の出力電圧■
５が所定値に達して発振回路１１が発振を開始した時点
よりタイマ回路１７を動作させ、発振回路１１の発振振
巾が十分大きくなるまでの時間に相応する時間、タイマ
回路１７より出力回路１８に供給する電流をストップし
て禁止をかけている。

このように構成したことにより電源電圧Ｖｃｃが急峻に
立ち上がった場合にはただちにタイマ回路１７が動作し
て、このタイマ回路１７により決定される一定の時間の
後、出力回路１８の禁止が解かれることになる。

電源電圧Ｖｃｃが緩やかに立ち上がった場合には定電圧
回路１５の出力電圧Ｖ５が、発振するに足る電圧となる
まではタイマ回路１７を動作させず、出力電圧■５が所
定のもの以上になった場合に初めてタイマ回路１７を動
作させて、このタイマ回路１７か゛タイムアツプする以
前は出力回路１８に禁止をかけるようにしている。

したか゛つて、この第１図の回路によれば、電源電圧Ｖ
ｃｃの立ち上がり速度に応して必要かつ十分なりセラ１
〜時間だけ出力信号が禁止されることになり、どのよう
に緩やかに電源電圧Ｖｃｃが立ち上がったとしても確実
な電源リセットがかけられ、しかも時間の無駄をなくす
ことができる。

ところでこの第１図のＩＣ回路１をバイポーラモノシリ
ツクで構成する場合には、定電圧素子としては１〜ラン
ジスタのベース・エミッタ間降伏電圧ＢＶＥＢＯ（６〜
９Ｖ）を利用したものや、別工程で形成されるツェナダ
イオード（５，５Ｖ）を使用することができる。

定電圧素子１５３としてＢＶＥＢＯを用いた場合には、
電源電圧Ｖｃｃの使用範囲の最低値が低くとれす、又内
部定電圧■、をＴＴＬレベルに合わすこともできない。

そのため電源電圧Ｖｃｃの端子と内部定電圧■、の端子
とを短絡して直接ＴＴＬレベルの電源を接続して、ＴＴ
Ｌレベルでも使用可能にすることができないので、使用
上の制限を受は望ましくない。

これに対し、定電圧素子１５３を後者のツェナダイオー
ド（５，５Ｖ）で構成する場合には、定電圧素子１６１
のしきい電圧をそれよりも低くしなければならないので
、バイポーラモノシックＩＣで゛は、第２図に示すよう
にダイオードをＮ個直列接続して等制約にツェナダイオ
ードのような働きをさせなければならない。

しかしながら、こうすると各ダイオードは、たとえは斗
うンジスタのベース・エミッタ間で形成されるダイオー
ドを利用したもので構成するので、約−２ｍＶ／℃の温
度係数をもっているためＮ個全体では −２ｍＶ／’（：ＸＮ の温度係数となる。

第２図に示すようにＮ＝５とすると一１０ｍＶ／’Ｃの
温度係数となり、ダイオード１個当りの順方向電圧を０
，６５Ｖ （ａｔ２５℃）とすれば−４０℃〜８５℃の
温度範囲で５個のダイオードで構成される定電圧素子の
しきい電圧は３．９０Ｖ〜２、６５Ｖと大きく変化して
しまう。

そのため電源電圧Ｖｃｃの立ち上がり時間が長くなれば
なるほど検出するまでの時間が長くなり、電源電圧Ｖｃ
ｃの立ち上り時間に応じて変化する要因が温度に依存す
ることになって不安定なものとなる。

この発明の目的は、電圧検出回路の検出レベルが温度に
よって変動することを改善し、もってタイマ回路の起動
タイミングの変動およびその結果もたらされる電源リセ
ット時間の温度による不安定さを解消するようにした近
接スイッチを提供することにある。

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第３図においてトランジスタ３０１は直列制御形電圧安
定化回路の主制御トランジスタをなすものであり、その
ベースにツェナダイオード（５，５Ｖ） ３０９が接
続されている。

トランジスタ３０２，３０３及び抵抗３１３，３１４は
トランジスタ３０１のバイアス回路を構成する定電流源
である電流ミラー回路を形成している。

又トランジスタ３０４，３０５は抵抗３１１，３１２及
び斗うンジスタ３０３とともに電流ミラー回路を構成し
、一定の電流（基準電流）Ｉｏをトランジスタ３０６の
ベースに送っている。

トランジスタ３０６はタイマ回路１７の、第３図で゛は
図示しないタイマ回路用コンデンサを制御するトランジ
スタである。

このトランジスタ３０６のベースにはトランジスタ３０
７，３０８でなる電流ミラー回路が接続されていて、ツ
ェナダイオード３０９に流れる電流Ｉ２とほぼ等しい電
流を電流Ｉ。

より分流するようにしている。

この第３図の回路で斗うンジスタ３０２のコレクタに流
れる電流をＩ３、抵抗３１４に流れる電流をＩ４、Ｉ・
ランジスタ３０３のエミッタに流れる電流をＩ１とする
と （ｍ、 ｎ ；定数） したがって となり、定電圧回路の出力電圧■５が一定になれば電流
ＩＬも一定となるから抵抗３１４を流れる電流Ｉ４の変
化分だけ電流Ｉ。

が増減することになり、第４図に示すような特性の一定
の基準電流Ｉ。

を得ることができる。

なお、上記をもう少し詳しく説明する。

まずトランジスタのベース・エミッタ電圧ＶＢＥは、Ｖ
ＢＥ＝ （ｋｔ／ｑ）石（ＩＥ／Ｉｏ）但しｋｔ／Ｑ
：熱電圧 ＩＯ；逆方向飽和電流 で表わされる。

そこで、第６図に示す電流ミラー回路について考えると
、各トランジスタの特性がそろっていれは゛、 ＩＥＩ・Ｒ１＝ＶＢＥ２ ＶＢＥＩ −（ｋｔ／ｑ） Ｉｎ （ＩＥ２／ＩＥＩ）さらにベー
ス電流が充分小さいものとし、ＩＥＩ洪ＩＣＩ、ＩＥ２
洪ＩＣ２ だから、 ＩＣＩ−Ｒ］−（ｋｔ／Ｑ）石（Ｉ Ｃ２／ Ｉ ｃｌ
）となる。

上記の実施例では、■ｃ１−Ｉ３、ＩＣ２＝Ｉ４十■、
であり、Ｒ１が抵抗３１３の値であるから、Ｉ３・Ｒ，
＝ （ｋｔ／Ｑ）石（Ｉ４ ＋Ｉ Ｌ／Ｉ３）となる。

したがってこの式から、電源電圧Ｖｃｃ、ツェナダイオ
ード３０９の値、抵抗３１３，３１４の値および電流■
、の値が決まれば電流Ｉ３の値か゛決まる。

つまり、第７図のように表わされる■ＢＥＩＣ曲線を使
って求めることができる。

以上よりＩ３と■４＋ＩＬとは関連があり、上記のよう
にＩ３＝ （Ｉ Ｌ＋Ｉ４）７ｍ （ｍは定数） と表わせる訳である。

また、第８図のような４個のトランジスタよりなる電流
ミラー回路において、各々のトランジスタは特性が良く
そろっているものとすると、図より、 ＩＦ５・Ｒ３＝ Ｖ ＢＦ２ Ｖ ＢＦ２−（ｋｔ／
Ｑ）石（■、。

／ Ｉ ］Ｅ、３）ＩＦ５・Ｒ４−ＶＢＥ３ ＶＢＥ
４ ＝ （ｋｔ／ｑ）石（Ｉ Ｅ３／ Ｉ Ｅ４）となる。

ベース電流が充分小さいものとし、ＩＥ４″；Ｉｃ４、
Ｉ Ｅ２＃ Ｉ Ｃ２だから、 ＩＦ５ ・Ｒ３−（ｋｔ／ Ｑ） Ｉｎ （ＩＣ２／
ＩＦ５）ＩＣ，−Ｒ４＝ （ｋｔ／ｑ）石（Ｉ Ｅ３／
Ｉ Ｃ４）となる。

前者の式よりＩＣ２が決まるとＩＦ５が決まり、後者の
式より■。

４が決まる。上記の実施例では、■ｏ４−Ｉｏ、Ｉ Ｃ
２−Ｉ ｔ＋Ｉ４であり、上記の説明通りＩ４＋■１．
、はＩ３と関連づけられるので、上記の通り、 ■。

＝■３／ｎと表わされる訳である。

トランジスタ３０７，３０８の電流ミラー回路により、
前記電流■。

からツェナダイオード３０９に流れる電流Ｉ７にほぼ等
しい電流がトランジスタ３０８のコレクタに流れる。

そのためトランジスタ３０６のベースに流れ込む電流を
１８とすると、はは゛ ＩＢ＝ＩＯＩＺ の関係が成り立つ。

したがって電圧■、が一定の電圧に達せずｌ２＝０のと
きにはトランジスタ３０６はオンであり、電圧Ｖ５が定
電圧になって電流■２が増え電流■２が１゜にほぼ等し
くなった時、そのベース電流ＩＢが無くなるためトラン
ジスタ３０６はオフになる。

すなわち電流■７は電源電圧Ｖｃｃに応じて第４図に示
すように増え、電源電圧Ｖｃｃが電圧Ｖ。

に達したとき電流■２が電流■。の曲線と交差し、トラ
ンジスタ３０６がオフすることになる。

ツェナダイオード３０９に流れる電流■２は、出力電圧
■、が定電圧に達しようとするとき急速に増大するから
、この電流Ｉ７と基準電流■。

とを比較することによって、基準電流Ｉ。

が多少変動したとしても、電圧検出レベルＶ。

の変動は極めて小さなものとなる。

又ツェナダイオード３０９は、前記したように約５．５
■のしきい電圧をもつツェナダイオードであるため温度
係数はほぼＯに等しく Ｖｓ” ＶＺ＋ ＶＢＥ７ ＶＢＥＩ （■７；ツェナダイオード３０９のしきい電圧、ＶＢＥ
Ｉ、Ｖ、、７：）ランジスタ３０１，３０７のベース・
エミッタ間電圧） となり、 ＶＢＥＩξＶＢＥ７ であるから Ｖ５勾Ｖ２ となり、電圧検出レベル■。

の温度変化も極めて少ないものとなる。

又電源電圧Ｖｃｃの端子と内部定電圧■５との端子とを
短絡してＴＴＬレベル電源を用いる場合には、電流■。

も電流Ｉ２もともに流れず、トランジスタ３０６はオフ
となるので丁ＴＬレベルの電源を用いることもで゛きる
。

以上をふまえて第３図の回路全体の動作を簡単に説明す
ると、電源電圧Ｖｃｃが印加されることによりトランジ
スタ３０３を通して抵抗３１４に電流■４が流れ、この
電流Ｉ４により電流■３が流れ（■３＝山十ＩＬ）７ｍ
）、トランジスタ３０１が駆動され、電圧■５が上昇し
、■５に接続されている負荷（発振回路１１．コンパレ
ータ１２，１４、積分回路１３、タイマ回路１７等）に
より電流■、が流れる。

すると、さらに電流Ｉ３が増大するが■５端の電圧が上
昇し負荷に充分電流が供給されるようになると電流■３
の増大は止まる。

したがって抵抗３１４は初期状態にトランジスタ３０１
をドライブする種の電流を供給するだけで充分である。

そして■４と■、とが増しＩ３が増大するにしたがって
Ｉｏも増大してくるためトランジスタ３０６がオンにな
る。

電源電圧Ｖｃｃが増大してツェナダイオード３０９のツ
ェナ電圧よりも高くなってくると電流■２が流れる。

この１７の値が■。の値よりも大きくなるとトランジス
タ３０６のベース電流ＩＢ＝ＩｏＩｚが流れなくなりト
ランジスタ３０６はオフとなる。

第５図は第２の実施例を示し、基準電流■。

を作る回路を第３図のものとは異ならせたものである。

この第５図の回路で゛トランジスタ５０１，５０２．５
０３、抵抗５１１，５１２は電流ミラー回路を構成し、
抵抗５１３とともにトランジスタ３０１・のバイアス回
路を構成している。

ｌ・ランジスタ５０４，５０５、抵抗５１４，５１５は
電流帰還用の電流ミラー回路を形成している。

他の回路構成は第３図と同様なので同一の部分には同一
の番号を付して説明は省略する。

この第５図の回路で、抵抗５１５に流れる電流をＩ、ト
ランジスタ５０４のコレクタに流れる電流を１１、トラ
ンジスタ３０１のベース・バイアス電流をＩ２、トラン
ジスタ５０１のコレクタ電流をＩ。

とするとＩ、＝ｉ／ｍ Ｉｏ−１１／ｎ （ｍ、 ｎ ；定数） ｎ−Ｒ１／Ｒ２ （Ｒ１、Ｒ２；抵抗５１１，５１２のそれぞれの値）が
成り立つので ■ｏ−Ｉ／ｍｎ となり、はぼ一定の基準電流■。

が得られることがわかる。

この第５図の回路では、電源電圧Ｖｃｃが印加されると
、抵抗５１３に流れる電流によりトランジスタ３０１が
ドライブされ、電圧Ｖ５が上昇する。

すると、抵抗５１５、トランジスタ５０５に電流■が流
れ、これにより電流ミラー構成のトランジスタ５０５，
５０４と抵抗５１４によりトランジスタ５０４に電流１
１が流れる。

この電流１１により同じくトランジスタ５０３に電流が
流れ、トランジスタ３０１のドライブ電流■２が増大す
る。

これにしたがって電流Ｉ。

も増大し、トランジスタ３０６をオンとする。

電源電圧Ｖｃｃがツェナダイオード３０９のツェナ電圧
よりも高くなるとツェナダイオード３０９に電流が流れ
、第３図と同様にトランジスタ３０６をオフとする。

以上２つの実施例について説明したように本発明による
近接スイッチは、検出コイルを含んで形成される発振回
路と、この発振回路の振幅の大小に応じて出力信号を生
じる信号処理回路と、出力回路と、定電圧回路と、二の
定電圧回路の出力電壬力炉斤定値に達したことを検出す
る電圧検出回路と、二の電圧検出回路によって制御され
、前記定電圧回路の出力電圧が所定値以上になった時に
タイマ動作を開始してタイムアツプした時以後前記出力
回路の禁止を解くようにしたタイマ回路とを備えてなる
ので、電源電圧の立上りの状態に応じて電源リセット時
間を制御できる。

干なわち、電源電圧の立上りが早ければ、タイマ動作の
開始時点を早くして電源リセットの解除を早くし、立上
りが遅ければタイマ動作の開始時点を遅くして電源リセ
ットの解除を電源電圧が安定するまで延ばすようにする
ことができる。

そのため個々の場合に応じて電源リセツＩ・時間を短す
ぎないようにするとともに長すぎないようにすることが
できるので、電源リセット時間の時間的効率がよく、か
つ誤出力が出されないよう確実に電源リセットをがける
ことができる。

さらに、この構成に加えて、前記定電圧回路は、直列制
御形主制御トランジスタと、このトランジスタのベース
に接続されたツェナダイオードとからなり、前記電圧検
出回路は、前記直列制御形主制御トランジスタに直列接
続される第１のトランジスタと他の第２のトランジスタ
とからなり、前記第２のトランジスタの出力電流を前記
直列制御形主制御トランジスタのベースに加える第１の
電流ミラー回路と、前記第１のトランジスタと他の第３
、第４のトランジスタとを含む第２の電流ミラー回路と
、前記ツェナダイオードに流れる電流が供給される第５
のトランジスタと前記第２の電流ミラー回路の第４のト
ランジスタの出力電流が供給される第６のトランジスタ
とからなる第３の電流ミラー回路とからなり、前記第３
の電流ミラー回路により前記第２の電流ミラー回路の第
４のトランジスタの出力電流と前記ツェナダイオードに
流れる電流との電流比較を行ない後者が前者を基準とし
た一定値よりも大きくなった時に前記定電圧回路の出力
電圧が所定値以上になったものとして前記タイマ回路を
起動することを特徴とするので、電圧検出回路の検出レ
ベルが温度によって変動することを改善できる。

そのため、タイマ回路の起動タイミングが変動すること
をなくし、この変動により引き起される電源リセット時
間が温度によって不安定になることを解消することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例を示す回路図、第２図は他の従来例の
一部を示す回路図、第３図は本発明の第■の実施例を示
す回路図、第４図は第３図の電流Ｉ２と電流Ｉ。 の特性を示すグラフ、第５図は第２の実施例を示す回路
図、第６図ないし第８図は動作説明のためのもので、第
６図、第８図は回路図、第７図はトランジスタのベース
・エミッタ電圧−コレクタ電流特性を表わすグラフで゛
ある。 １１・・・・・・発振回路、１２．１４・・・・・・コ
ンパレータ、１３・・・・・・積分回路、１５・・・・
・・定電圧回路、１６・・・・・・電圧検出回路、１７
・・・・・・タイマ回路、１８・・・・・・出力回路、
２２・・・・・・検出コイル、３０１・・・・・・直列
制御形主制御トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 検出コイルを含んで形成される発振回路と、この発
   振回路の振幅の大小に応して出力信号を生じる信号処理
   回路と、出力回路と、定電圧回路と、この定電圧回路の
   出力電圧が所定値に達したことを検出する電圧検出回路
   と、この電圧検出回路によって制御され、前記定電圧回
   路の出力電圧が所定値以上になった時にタイマ動作を開
   始してタイムアツプした時以後前記出力回路の禁止を解
   くようにしたタイマ回路とを備えてなる近接スイッチに
   おいて、前記定電圧回路は、直列制御形主制御トランジ
   スタと、このトランジスタのベースに接続されたツェナ
   ダイオードとからなり、前記電圧検出回路は、前記直列
   制御形主制御トランジスタに直列接続される第１のトラ
   ンジスタと他の第２のトランジスタとからなり、前記第
   ２のトランジスタの出力電流を前記直列制御形主制御ト
   ランジスタのベースに加える第１の電流ミラー回路と、
   前記第１のトランジスタと他の第３、第４のトランジス
   タとを含む第２の電流ミラー回路と、前記ツェナダイオ
   ードに流れる電流が供給される第５のトランジスタと前
   記第２の電流ミラー回路の第４のトランジスタの出力電
   流か゛供給される第６のトランジスタとからなる第３の
   電流ミラー回路とからなり、前記第３の電流ミラー回路
   により前記第２の電流ミラー回路の第４のトランジスタ
   の出力電流と前記ツェナダイオードに流れる電流との電
   流比較を行ない後者が前者を基準とした一定値よりも大
   きくなった時に前記定電圧回路の出力電圧が所定値以上
   になったものとして前記タイマ回路を起動することを特
   徴とする近接スイッチ。