JPS59929B2 - 近接スイッチ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は近接スイッチ回路に関する。

交流電流を流した検出コイルに金属体が接近するとその
金属体にうず電流が発生し、検出コイルのインダクタン
スが低下し、損失抵抗が増大する。

近接スイッチ回路はこの原理を利用するものである。

ＬＯ発振回路のインダクタンスの一部を検出コイルで形
成し、検出コイルのインダクタンスや損失抵抗の変化に
応じてその発振回路や発振開始させたり、または発振停
止させてその金属体を検出する。

この種の近接スイッチ回路は従来ディスクリートの素子
を用いて構成していた。

そのため、できるかぎり部品点数の少ない発振回路を用
い、小型化を図るようにしていた。

例えばバートレイ発振回路やコルピッツ発振回路を用い
ていた。

ところで、最近では近接スイッチ回路において一層の小
型化が要求され、また価格の面から配線作業の簡易なも
のが要求されてきている。

そのため、近接スイッチ回路のＩＣ化が要望されている
。

この場合、ディスクリート素子で構成する場合と同様に
、バートレイ発振回路やコルピッツ発振回路を採用する
ことも考えられるが、 ■ 発振回路の性能が１個のトランジスタに依存するた
めばらつきが大きくなる ■ 検出コイルが３端子になったり（バートレイ発振回
路）、発振用コンデンサが２個になったりして（コルピ
ッツ発振回路）、外部配線が複雑になる という問題が生じる。

ＩＣ化による利点は複雑な回路を難なく実現できること
であるから、部品点数を削減するためにわざわざ性能を
おとす必要はない。

近接スイッチ回路では、発振回路の発振周波数が大きな
こと、発振回路を発振限界に近い状態に保つこと、すな
わち、発振回路を構成する増幅回路の特性、例えば増幅
率や帰還率を安定化させて、検出コイルの特性の変化に
応じて確実に発振開始または発振停止させることが大切
である。

また、発振回路が機能的に単純であることが大切である
。

例えば、１個のＬＣ共振回路のみを用いること。

この共振回路で発振周波数を設定できること。

すなわち、単に共振回路を変えるだけで種々の近接スイ
ッチ回路を構成できる（汎用性がある）こと。

検出コイルのインダクタンスや損失抵抗の変化のみに応
じて発振停止、開始すること。

抵抗を変えて調整ができることなどである。

ＩＣ化に際しては、構成が多少複雑になっても、上記要
請を満たし、より高品質の近接スイッチ回路を実現する
ことが大切である。

また、ＩＣ化を図る際にはカップリングコンデンサの使
用が制限され、各回路が直結される。

したがって、発振回路の直流レベルの安定化が要望され
る。

直流レベルの変動が誤動作や検出不能につながるからで
ある。

この発明は、上記に鑑み、ＩＣ化に最適で、かつＩＣ化
による種々の利点を最大限にひきだし、高品質化を図る
ことができ、共振回路がどのようなものでも応差（動作
距離と復帰距離との差）の調整が容易な近接スイッチ回
路を提供することを目的としている。

以下、この発明の１実施例について説明する。

第１図において、ＩＣ回路１は増幅回路１１、交流振幅
レベル検出回路１２およびスイッチング回路１３から構
成されている。

このＩＣ回路１に検出コイル２１、コンデンサ２２およ
び可変抵抗３が外付部品として取り付けられている。

増幅回路１１はエミッタフォロワトランジスタ１１１．
１１３、ベース接地トランジスタ１１２、アッテネータ
用のトランジスタ１１４および基準電圧源１１５等から
構成されている。

この増幅回路１１では、入力段および出力段にエミッタ
フォロワトランジスタ１１１，１１３を用いているため
、高入力インピーダンス、低出力インピーダンスを実現
している。

増幅は主にベース接地トランジスタ１１２で行われ、そ
の増幅率は抵抗１１６の抵抗値と抵抗１１７の抵抗値と
の比で決定される。

ＩＣ回路では抵抗値のばらつきが３０％（ベース拡散抵
抗の場合）と大きい反面、その比のばらつきが小さい。

したがって安定した増幅利得を得ることができる。

レベル検出回路１２はコンパレータ１２１、１２３およ
び積分回路１２２から構成されている。

増幅回路１１からの出力（発振出力）がコンバレー々１
２１で所定のレベルでスライスされ、さらに積分回路１
２２で直流化される。

この直流信号をコンパレータ１２３でレベル弁別し、ス
イッチング回路１３および前述のアッテネータ用のトラ
ンジスタ１１４のベースに送っている。

スイッチング回路１３の出力は出力端子０２を介して外
部に送られる。

なお、端子０１は電源端子、端子０３は共通端子である
。

検出コイル２１およびコンデンサ２２は並列共振回路２
を形成している。

この共振回路２が入力端子０４，０５を介してトランジ
スタ１１２，１１１のベースに接続されている。

可変抵抗３の一端は帰還端子０６に接続され、他端は入
力端子０５に接続されている。

このように接続された共振回路２および抵抗３と、増幅
回路１１とによって第２図に等測的に示すような発振回
路が構成される。

この発振回路の発振周波数は共振回路２の共振周波数に
ほぼ等しい。

したがって、検出コイル２１を変えることによって発振
周波数を変えることができる。

なお、ベース接地トランジスタ１１２は高周波特性が良
いから、高周波発振を難なく実現できる。

また、増幅回路１１の増幅率をＡ１共振回路２の共振点
インピーダンスをＺｏ、そして可変抵抗３の抵抗Ｏ 値をＲｐとすると、帰還率βはＺｏ＋Ｒｐとなり、発振
開始条件は となる。

したがって、可変抵抗３によって調整を行うことができ
る。

また、前述したように増幅回路１１は高入力インピーダ
ンス、低出力インピーダンスである。

高入力インピーダンスであるから、共振回路２の共振点
インピーダンスが低下することがない。

また、低出力インピーダンスであるから、接続される負
荷の影響で出力がふらつくことがない。

したがって、安定した帰還率を実現することができる。

さらに、この発振回路ではトランジスタ１１１゜１１２
のベースを検出コイル２１で直流的に直結している。

そのため、トランジスタ１１１のベースミ位がトランジ
スタ１１２のベース電位に対して直流的にパラレルに変
動する。

したがって、たとえ基準電圧源（例えば抵抗分圧回路と
定電圧素子とから成る）１１５の電圧が変化しても発振
回路の直流レベルは安定している。

これはつぎの理由による。

たとえば基準電圧源１１５の電圧が少し上昇したとすれ
ば、トランジスタ１１２のコレクタ電位は低下し、トラ
ンジスタ１１３のエミッタ電位が低下する。

この変化は抵抗１１９および可変抵抗３を通ってトラン
ジスタ１１１のベースに帰還されるが、トランジスタ１
１１のベースとトランジスタ１１２のベースは検出コイ
ル２１で直流的に結合されているので結果的に基準電圧
源１１５へ負帰還されることになるからである。

また、この回路では、アッテネータ用のトランジスタ１
１４を設けているため、近接スイッチ回路のオン（また
はオフ）に対応する金属体の接近位置（動作距離）と、
オフ（またはオン）に対応する金属体の離間位置（復帰
距離）との間に適当な差（この動作距離と復帰距離との
差を応差という）を設定することができる。

すなわち、金属体が離間していて、検出コイル２１の共
振点インピーダンスが大きいときには、発振回路の発振
出力が大きく、レベル検出器１２の出力が”Ｌ”となっ
ている。

したがって、トランジスタ１１４がオフであり、増幅回
路１１の増幅率がＡとなっている。

他方、金属体が接近して一旦レベル検出回路１２の出力
が”Ｈ”となると、トランジスタ１１４がオンして、増
幅回路１１の増幅率がＡ−△Ａになる。

したがって、そののち金属体が離間していく場合には共
振点インピーダンスに△Ｚｏのヒステリシスが生じたこ
とになる。

この△Ｚｏは前記発振条件の式より で与えられる。

ここでＡ＞＞△Ａ−１とすることにより とすることができる。

すなわち、どのような共振点インピーダンスＺｏの共振
回路２に対しても△Ａ／Ａに等しい一定のヒステリシス
の比△Ｚｏ／Ｚ。

を得ることができる。

それゆえ、どのようなタイプ（共振回路２をかえて高感
度型としたり低感度型としたりしたもの等）の近接スイ
ッチとして構成する場合でも△Ａ／Ａに等しい此の応差
ＭＤ（動作距離と復帰距離の差）が得られ、共振回路２
に応じて調整を行う必要がなくなる。

また、特に応差ＭＤの調整を行いたい場合には△Ａ／Ａ
を変えるたけでこの調整を行うことができる。

このように、共振点インピーダンスにヒステリシスを設
けているため、外部の雑音や回路素子定数のわずかなド
リフトによって、発振したり、停止したりすることがな
い。

なお、この発明は上記１実施例のみに限定されるもので
はない。

例えば、第３図に示すように、共振回路４を構成する検
出コイル４１のほかに、可変抵抗５に直列接続された検
出コイル６を設ける。

そして、この検出コイル４１，６を第４図に示すような
溝形ヘッド７の両脚部７１．７２にそれぞれ収納するよ
うにしてもよい。

こうすれば、金属体が脚部７１．７２間を通過する際検
出コイル４１，６間の相互インダクタンスが変化し、こ
の金属体を検出することができる。

この場合、アルミニウム等の非磁性体も容易に検出する
ことができる。

以上のようにこの発明による近接スイッチ回路は、第１
入力端子０５にそのベースを接続する第１のエミッタフ
ォロワトランジスタ１１１と、第２入力端子０４および
基準電圧源１１５にそのベースを接続するベース接地ト
ランジスタ１１２と、前記両トランジスタ１１１，１１
２のエミッタを接続する共通エミッタ抵抗１１６と、前
記ベース接地トランジスタ１１２のコレクタにそのベー
スを接続する第２のエミッタフォロワトランジスタ１１
３と、直列接続される複数個の抵抗１１９゜１２０を介
して前記第２のエミッタフォロワトランジスタ１１３の
エミッタにそのコレクタを接続するアッテネータ用トラ
ンジスタ１１４とから成る増幅回路１１および前記複数
個の抵抗１１９゜１２０の接続点より取出した出力に応
じて前記アッテネータ用トランジスタ１１４を開閉する
回路１２を含んでＩＣ回路１を形成し、かつ前記第１入
力端子０５、第２入力端子０４間にコンデンサ２２およ
び検出コイル２１の並列回路から成る共振回路２を接続
し、さらに、前記第１入力端子０５に前記複数個の抵抗
１１９，１２０の接続点に接続された帰還端子０６に現
われる出力を抵抗３を介して帰還し前記増幅回路１１を
発振させ、かつこの発振振幅に応じて前記アッテネータ
用トランジスタ１１４を開閉することにより前記増幅回
路１１の増幅率を変えることを特徴とする。

したがって、共振回路２をかえて高感度型としたり低感
度型としたりする等どのようタイプの近接スイッチ回路
として構成する場合でも、アッテネータ用トランジスタ
１１４のオン、オフに応じた増幅率の変化に等しい比の
応差が得られ、応差が同じならば共振回路２に応じて調
整を行なう必要がなくなる。

そして、特に応差の調整を行ないたい場合にはアッテネ
ータ用トランジスタ１１４のオンの時とオフの時との増
幅率の比を変えるだけでよいので調整が簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１実施例を示す回路図、第２図は第
１図を説明するためのブロック図、第３図は変形例を示
す回路図、第４図は第３図を説明するための斜視図であ
る。 １・・・・・・ＩＣ回路、１１・・・・・・増幅回路、
１２・・・・・・交流振幅レベル検出回路、１３・・・
・・・スイッチング回路、２，４・・・・・・共振回路
、２１，４１，６・・・・・・検出コイル、２２，４２
・・・・・・コンデンサ、３，５・・・・・・可変抵抗
、７・・・・・・溝形ヘッド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１入力端子にそのベースを接続する第１のエミッ
   タフォロワトランジスタと、第２入力端子および基準電
   圧源にそのベースを接続するベース接地トランジスタと
   、前記両トランジスタのエミッタを接続する共通エミッ
   タ抵抗と、前記ベース接地トランジスタのコレクタにそ
   のベースを接続する第２のエミッタフォロワトランジス
   タと、直列接続される複数個の抵抗を介して前記第２の
   エミッタフォロワトランジスタのエミッタにそのコレク
   タを接続するアッテネータ用トランジスタとから成る増
   幅回路および前記複数個の抵抗の接続点より取出した出
   力に応じて前記アッテネータ用トランジスタを開閉する
   回路を含んでＩＣ回路を形成し、かつ前記第１、第２入
   力端子間にコンデンサおよび検出コイルの並列回路から
   成る共振回路を接続し、さらに、前記第１入力端子に前
   記複数個の抵抗の接続点に接続された帰還端子に現われ
   る出力を抵抗を介して帰還し前記増幅回路を発振させ、
   かつこの発振振幅に応じて前記アッテネータ用トランジ
   スタを開閉することにより前記増幅回路の増幅率を変え
   ることを特徴とする近接スイッチ回路。