どうも、なかしー(@nakac_work)です。
僕は自動車や家電製品にプログラミングをする組み込みエンジニアとして働いています。
この記事では「トランジスタを使った回路の設計方法」について、電子工作を始めたばかりの方向けに紹介します。
ちなみに、トランジスタってどんな役割の部品か知っていますか？
トランジスタは電流を増幅してくれる部品です。
このトランジスタは大きな電流が必要な時に役立ちます。
例えば、
- マイクで拾った音をスピーカーで鳴らすとき
- マイコンでDCモーターを回すとき
- LEDをたくさん点灯させるとき
それでは紹介していきます。
トランジスタの特徴
まずはトランジスタの「図記号」「計算式」「動き」について紹介します。
トランジスタの図記号
電子回路でトランジスタはこんな図記号を使います。
図に書いてあるように端子に名前がついています。
この後の説明で、この端子がたくさん登場するのでしっかり覚えてください！
矢印が付いているのがE(エミッタ)で、その上か下にあるのがC(コレクタ)、残りがB(ベース)です。
冒頭で、電流を増幅する部品と紹介しました。
電流が流れる方向が決まっています。
先ほどの図記号でエミッタに矢印がついていたと思うんですが、エミッタの電流は矢印の方向に流れます。
他の２つはNPN型トランジスタとPNP型トランジスタで変わります。
- NPN型→ベースとコレクタの電流はエミッタに向かって流れる
- PNP型→ ベースとコレクタの電流はエミッタから流れる
トランジスタの計算式
トランジスタの回路で使う計算式はこの２つです。
hfeとはベース電流をどれくらい大きく出来るか表した倍率です。
トランジスタの動き
ベースに電流には電圧差が必要です。
どこに電圧差を作るかというと、ベースとエミッタ間(Vbe)です。
エミッタに電流を流すには、ベースとエミッタ間の電圧がしきい値を超える必要があります。
しきい値とは、ONとOFFが切り替わる一定ラインです。
学校のテストや資格試験で合格ラインという言葉を使うと思うんですが、それと同じです。
しきい値は部品の種類によって変わるので、型番で検索してデータシート(説明書)を読みましょう。
その仕組みについてはこちらの記事で解説しています。
>>トランジスタの仕組みを理解しよう
トランジスタを使った回路を設計しよう
トランジスタを使った回路を設計しましょう。
回路の基本形はこちらです。
今回はNPN型トランジスタの2SC1815を使って紹介します。
2SC1815の情報
- NPN型のトランジスタ
- Vbeが0.6Vでエミッタに電流が流れる
- hfeは100倍
※コレクタの電流や加える電圧などによって値は変動します。
コレクタに20mAを流せるようにコレクタとベースの抵抗を計算しましょう。
コレクタの抵抗の求め方
ベースの抵抗の求め方
トランジスタを使った回路の応用例
先ほど紹介した回路の基本形を応用してみましょう。
例えば、抵抗の代わりにモーターを繋いでコレクタに1A流す回路
抵抗とコレクタ間にLEDを直列に繋いで、光らせる電流を計算してみてください。
トランジスタを使った回路の設計方法|まとめ
この記事では「トランジスタを使った回路の設計方法」について紹介しました。
ポイントは次の３つです。
端子と電流が流れる向き
端子は、B（ベース）・C（コレクタ）・E（エミッタ）の３つでした。エミッタの電流は矢印の方向に流れます。
コレクタとベースの電流は
- NPNの場合→エミッタに向かって流れる
- PNPの場合→エミッタから流れる
トランジスタの計算式
計算式は次の２つです
hfeは電流をどれくらい大きく出来るか表した倍率です。
エミッタに電流が流れる条件
ベースとエミッタ間の電圧(Vbe)がしきい値を超える必要があります。
しきい値はデータシートで確認できます。
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