CDSとトランジスタの回路で・・

添付図の回路ですけど、プルアップ側の抵抗値を50kΩのままの状態でLEDは点灯していません。
日中の普通に明るい室内で、半分くらい捻ると点灯はし始め、０Ω付近でIfデーター値に足します。CDSは、角度によって変わりますが 0.5Ω～3kΩくらいです。

ここまでは理解できるのですが、VR50kΩ の状態で、CDSを指で塞いで暗く(25kΩくらい)すると、LEDが微かに点灯します。DDコンバーターのセグでは電流値は０、計れてませんでした。

プルアップ側の抵抗値を変動させていないのに、ダウン側のCDS抵抗が増すと微かに点灯するのは、電圧の関係なのでしょうか? どのような理由でしょうか。?

質問者からの補足コメント

• ※適当なトランジスタが無かったので、Hfeが１０程度と低いのですが、C3173を使った実験です。

    補足日時：2018/05/09 13:06

• 3.4vの回路で、５０kΩの抵抗を使うと、0.068mAがベースへ流れているという計算なのですが、CDS抵抗が0Ωに近いと、GNDへ漏れでる電流値により、点灯し難くく、プルダウン側の抵抗が大きいほどベース電流が増すから、微かに点灯するという事で了解です。もう少し実験してみます。

    補足日時：2018/05/09 15:42

• 規格があまり良くなくてすみません。なぜなぜ的実験でしたが、実用的に回路作りなおしてみます。
  あとcds定格は0.1wでした。暗い対策にプルアップレジタスを低くし過ぎると、夜焼けないように計算必要ですね。
  (Rd/Ru+Rd)×回路電圧　で、しきい電圧が求まり、その電流はベースへ流れる。トランジスタ全般は0.6v付近でスイッチが入りますから、これを理解していないと、ダメだということだと思います。

    補足日時：2018/05/12 12:41

No.4 ベストアンサー 回答者： xpopo 回答日時： 2018/05/09 18:46

＞VR50kΩ の状態で、CDSを指で塞いで暗く(25kΩくらい)すると、LEDが微かに点灯します。

DDコンバーターのセグでは電流値は０、計れてませんでした。
＞
＞プルアップ側の抵抗値を変動させていないのに、ダウン側のCDS抵抗が増すと微かに点灯するのは、電圧の関係なのでしょうか? どのような理由でしょうか。?

回答＞＞
　まず、トランジスタの特性としてベースーエミッタ間の電圧が０．７V程度を超えると急激にコレクタ電流が流れ始めます。その時は同時にベース電流も増え始めます。
VR50kΩの状態でCDSの抵抗値Rcdが25kΩの状態では　CDSの抵抗値Rcd　にはベースに電流が流れなければ電源電圧Vcc（＝3.4V）をVR50kΩとCDSの抵抗値Rcdで分圧した電圧Vx

　　Vx=Vcc×Rcd／（VR50kΩ＋Rcd）＝3.4V×25kΩ／（50kΩ＋25kΩ）＝1.13V

がベース－エミッタ間に加わります。一方、ベースとエミッタ間はダイオード（PN接合）になってますのでベース－エミッタ間ダイオードの順方向効果電圧VBE≒0.7VになるまでVR50kΩからこのベース－エミッタ間ダイオードへベース電流が流れ込みます。結果としてベースへ流れ込む電流、即ちベース電流IBはCDSに流れる電流をIcdsとすると

　　IB＝（VccーVBE）／VR50kΩ－Icds　　　（１）

で計算できます。ここでCDSに流れる電流IcdsはCDSに加わってる電圧がVBEですから、

　　Icds＝VBE／Rcds　　　（２）

で求まります。式（１）と（２）よりIBを求めると、

　　IB=（VccーVBE）／VR50kΩ－VBE／Rcds　　　（３）

を得ます。この式（３）にVcc＝3.4V、VBE＝0.7V、VR50kΩ＝50kΩ、Rcds＝25ｋΩを代入してIBを求めると、

　　IB＝（3.4V－0.7V）50kΩ－0.7V／25kΩ＝0.026ｍA

と計算できます。実験されたトランジスタ2SC3173のｈFEが10なので、コレクタ電流Icは

　　Iｃ＝IB×ｈFE＝0.026mA×１０＝0.26mA

の電流がLEDに流れてるという事になります。2SC3173のｈFEがもし100程度あればこの電流の10倍、即ち2.6mA流れます。

この回答へのお礼

回答有難う御座います。
テスターがぼろいためか、計測難でした。
プルダウンレジスタ部のアースの件と、分圧によるしきい電圧の影響だという事が、理解できましたので改めて計算してみようと思います。

お礼日時：2018/05/10 16:42

No.8 回答者： xpopo 回答日時： 2018/05/11 19:17

回答NO.4です。

質問されてる訳ではありませんが、この回路で調光は下記理由で難しいので、参考に回路図を添付します。

１）LEDのVFはバラツキが大きい。
　　例えば、こちらの１WタイプのLED（http://akizukidenshi.com/download/OSM5XME1C1S.pdf　）ではVFは　min 3.0V typ 3.3V max4.0V　とtyp値に対して＋0.7V、-0.3Vと大きくばらつきます。したがって、定電圧で駆動する（質問者の回路）場合（最大電流を流す場合に当てはまります。）とLEDのVFの個体差でLED電流が大きく変化してしまう。

２）定電圧駆動だと、LEDに最大電圧を加えて駆動していると自己発熱でLEDチップの温度が高くなってくる（放熱が十分でないと特に顕著になる）とVFの温度係数が-2.5mV／℃と負の温度係数を持つためVFは0.2V程度は簡単に下がってしまいます。VFが下がれば定電圧駆動してるので電流は数倍にも増加してしまいます。結果長時間通電していればLEDは劣化ないしは破壊に至ってしまします。対策は定電流駆動です。

３）質問者の提示回路ではトランジスタのｈFEが低すぎ（10）て狙い通りの動作を実現するのが困難になります。
　CDSの最大許容損失を無視すればプルアップの抵抗値を小さくすればよいのですが、そうするとCDSの許容最大損失を超えてしまう危険性が増します。


添付した回路は定電流駆動タイプの回路です。この回路ならCDSに流す電流も小さくて済みますし、定電流駆動なので上記のような問題を回避できます。

この回答へのお礼

ばらつきの件有難う御座います。
星型アルミ板に乗せて更に、アルミフラットバーに固定しています。熱に弱いというか発熱が凄い事は分かります。電圧がやや高かったようで電流流れすぎて一瞬で毛布燃やした事がありますので

回路図はまだ理解できませんけど、参考にできますので、助かってます。VRが0.125wなので、あとCDSは、0.2wですけど、これは定格オーバーしないようにしています。

たしかに規格が悪すぎてましたm(_ _;)m。
刷り込みというのか思い込みが強くて、プルアップレジスタでLEDの明るさが変わるって事だけしか考えてなくて不思議だったのです。

暗くなると徐々に光始めるLED(20mAを６個くらいの夜光足元灯)とか作れるかなぁって思いはじめてます。

お礼日時：2018/05/12 12:19

No.7 回答者： isoworld 回答日時： 2018/05/11 09:17

何を問題にしているのか、よく分かりませんが、回路図を見て気が付くことは…

（１）１WのパワーＬＥＤは、ふつうはＶfが３VあまりでＩfは0.3Aくらいです。このようなLEDを点灯させるのに、電流制限抵抗をつけず、電源電圧をＶfに近い3.4Vにしているのが、そもそも間違いです。

（２）0.3AほどのＩfをON/OFFするのに１個のＮＰＮトランジスターでやろうとすると、ダーリントン接続になっているような高いｈFEが必要です。それが１０程度では、この回路ではダメでしょう。まともに（明るく）点灯しませんよ。

対策として、電源電圧は4.5V~とし、パワーＬＥＤには必ず電流制限抵抗を入れることです。また、ＮＰＮトランジスターにはＩｃが500mＡ以上、ＨFEは1,000くらいあるものを選ぶことです。５０kΩには１kΩくらいの抵抗を入れておいてください。

この回答へのお礼

回答有難う御座います。
そうですね実験用途なので・・。安いので良かったです。LEDは昼光色3.5v ケルビン値の高い物使ってます。実用品の余り物です。なので3.4か3.5が多かった物で、普通は考えてなかったです(汗;)。
トランジスタに関しても、手持ちの余り物で壊れても良い物でしたから、実則できていないけどHfe10前後かと、最低でも100以上使うのが良いですよね。

電流制御抵抗を使うのは、電池で使う時でφ3mm、5mm砲丸LEDくらいです。抵抗定格も0.5w以下、大量にあるので。外回路ではセメントみたいな何ワットもの抵抗使い難いです。それにトランジスタでMAX電流絞っていたほうが確実ではないですか。余分に１個必要ですけど。最近そうする事にしてまして、初心者の方々には、ご迷惑おかけしています。何も考えていなかった頃は、LEDも抵抗も、よく飛ばしてました。

お礼日時：2018/05/12 11:43

No.6 回答者： angkor_h 回答日時： 2018/05/10 16:59

No.5です。

最後に一言。
> トランジスタやICで制御すると、温度誤差とか、製品誤差とか含めて細かい調整もできますから・・
⇒ 高精度な制御には、それ以上に諸元精度の高い部品による回路や環境が必要です。
例えば、±5%程度の部品で±1%の制御などできるはずもなく、
逆に、±1%の部品で±5%の制御が可能、と言うことです。
念のため。

この回答へのお礼

高精度な制御は求めてないですけど、
消費回路側に抵抗を入れるような手段は、それこそ精度問題なのでは?
固定抵抗では困難な誤差の調整がでできるという事だったのですが・・

お礼日時：2018/05/10 20:48

No.5 回答者： angkor_h 回答日時： 2018/05/10 15:32

No.3です。

> 危険回避と言うとそう、用心するしかないのですけど、
そんな対応ではなく、回路として対応すべきです。

先ずは、LEDに直列抵抗を入れる。
LED電流は20mAもあれば十分なので、
R=(3.4V-LED動作電圧)÷20mA≒51Ω

50kΩボリュームに、直列抵抗を入れる。
LED点灯時に、最大でもIbの10倍程度を流すものとすれば、
R=(3.4-0.6)V÷200mA≒15kΩ

後は、トランジスターやCDSごとに50kΩボリュームで調整すればよいでしょう。

この回答へのお礼

回答有難う御座います。
LEDの動作電圧Vfは3.4v　Ifは350mAなので、この回路では抵抗は必要ないです。
VRやトランジスタの故障とか無い限りはトラブルは希だと思います。
たとえば、5Vや12Vの回路だったとしても、LED回路に直接の抵抗は、電力の無駄ですし、抵抗自体のコストも安くないですし、入手も簡単ではないです。1wとか3wとか5wの抵抗とかもってないです(汗;)。
トランジスタやICで制御すると、温度誤差とか、製品誤差とか含めて細かい調整もできますから・・

お礼日時：2018/05/10 16:38

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2018/05/09 16:12

No.1です。

> 抵抗は内蔵していません。
LEDは非直線動作(且つばらつきあり)なので、
印加電圧次第ではすぐに過大電流が流れて、
電源、LED、トランジスターの全ての破壊に結び付きかねません。
LEDが暗くなろうとも、抵抗挿入は必須です。
50kボリュームも0にした時、CDSが低抵抗になったら、電源が大変です。
危険回避が全くない回路、と言う印象です。

この回答へのお礼

回答有難う御座います。
危険回避と言うとそう、用心するしかないのですけど、現状では誤差分くらいは控えめ設定って感じです。現実的に、電池仕様、100mAとか200mAくらいまでという事なのでしょうけど、何ワット何十ワットって事になると、ICでPWM制御たほうが安全ですよね。

トランジスタ使ってる古いものも、そちらへ移行中でした。

お礼日時：2018/05/10 03:02

No.2 回答者： hiro2017 回答日時： 2018/05/09 14:16

回路を見るとLEDの点灯は50Kを通ったベース電流により

β倍されたコレクタ電流によりLEDを点灯させることになります。
（ICによりLEDが点灯するかは？です）
このときCDSは明かるいと抵抗値が小さくなり50Kを通った電流を
分流してアースに流すので点灯から消灯に作用します、逆に暗いと
抵抗値が大きくなりアースへの分流が小さくなりベースに電流が
流れるので点灯に作用すると考えられます。
注意；
ベース電圧の最大値は順方向で3V位なのでVRが0Ωになるような
使い方はしないように。（VBが3Vを超えると破裂するTrもある）
Hパラメーターは条件があります、（VCE　6V,　Ic　1mAなど）
この場合はhfeを使うのは間違いです。

この回答へのお礼

50kΩ(固定)の場合、CDSの抵抗値が高いほど、GNDに直接落ちない分だけが、ベース電流に加えられて微妙に増えるという事みたいですね～。仮に考えていたのですが、CDSを2MΩのVRにして、抵抗値を大きくしても、If最大値まで制御できるという事ではなくて、本来アースに流れるはずの微妙な電流がベースにという・・、何となく分かってきました。

これまでの実験では、ベース電圧は1Vは越えた事がないとは思うのですが、せいぜい24vくらいまでなのですが、ベースに挟んだ半固定抵抗は一桁付近で燃えた事はあります(汗;)。

ブリッジ整流した150vをトランジスタで制御できないかと思っていたので、破裂の事は感謝します。知らなかったです。ベース電圧注意しておきます。Hパラメーターの件は検索してみます。
回答ありがとう御座いました。

お礼日時：2018/05/09 15:30

No.1 回答者： angkor_h 回答日時： 2018/05/09 13:36

50kの抵抗を半分ぐらいにしてみて下さい。

LEDは抵抗内蔵でしょうか？　内蔵無ければ危険なので、抵抗を入れて下さい。

電気回路な眺めるだけでは適正に動きません。
しっかりと計算してみましょう。

この回答へのお礼

回答有難うございます。
抵抗は内蔵していません。Vfが3.5vなので、回路電圧はDDコンバーターで3.4v流してます。3.5vに設定すると足しかにIfを超えている感じだったので・・
50kΩを0Ωまで調整するとMaxまで調光はできます。VRを25kΩにすると、明るくなります。

お礼日時：2018/05/09 15:11