[トランジスタ遅延回路]ベースエミッタ間抵抗値の求め方

Question

電子工作に興味を持って現在ネットなどで勉強しています。
トランジスタとLEDを使って点灯回路を作り、ベースに直列で100μFのコンデンサをいれて数秒後にLEDが切れる回路を作ろうとしましたがLEDが僅かに点灯したまま消灯しまませんでした。
下記サイトで調べていると、ベースエミッタ間に抵抗を入れていなかったため誤動作？を起こしたようで抵抗を接続したところ問題なくLEDは消灯しました。ただ、以下の3点について疑問があるためご教授のほどお願い致します。

（１）ベースエミッタ間抵抗が入っていない回路も見かけますが、原則入れておけば間違いはないでしょうか？ 
（２）ベースエミッタ間抵抗の求め方を下記サイトの「ベースエミッタ間抵抗の値を設計する」項を見ていたのですが、計算結果が10kΩとなっていますが、100kΩではないでしょうか？
（３）LEDが消灯しなかったときのベース電流とベースエミッタ電圧を測定したところ
　　　　ベース電流：0.1μA　ベースエミッタ電圧0.2V
　　　でした。トランジスタの最低動作電圧Vminを0.1Vとした場合、ベースエミッタ間抵抗Rbeは
　　　　Vmin（0.1V)＞Ib(0.1μA)×Rbe
　　　となり計算すると
            Rbe＜１MΩ 
　　　となりましたが抵抗が大きすぎるような気がします。何か考え方が間違っているのでしょうか？
　　　感覚的にはベースエミッタ電圧をを明確に0Vにするために、ベースエミッタ抵抗をつなぐ理由は何となく分かるのですが抵抗が大きくてもいいのかよく分からなくなりました･･･

参考サイト
 https://detail-infomation.com/base-resistance-base-emitter-resistance/

回路構成
　電源：4.5V
　トランジスタ：2SC1815(GR)
　負荷：赤LED+220Ω
　ベース抵抗：2.2kΩ
　コンデンサ：100μF（ベースに直列に接続）

m-jiro · Accepted Answer

#2です。
回路図を確認しました。
ベース・エミッタ間の10KΩのことですね。
この10KΩはトランジスタやコンデンサが理想的なものなら不要でしょう。
まずコンデンサは電極間の絶縁抵抗が無限大ではありません。いつまで経っても微電流が流れます。実用上は問題ないほどの値ですがゼロになるとは思わないでください。周囲の温度や永年の劣化で増加することもあります。この電流をうまく処理しておかないとLEDはいつまで経っても消えません。

もうひとつトランジスタの漏れ電流があります。コレクタ・ベース間はPN接合が逆になっているのでベース電流が流れていない時にはコレクタからベースに流れる電流はゼロのはずなのですが実際には微電流が流れます。これがICOとかICBOと言われる電流です。
ベース・エミッタ間に抵抗がない場合、ベースに流れ込んだICOはエミッタに流れます。すると通常動作のベース電流のような働きになりそのhfe倍がコレクタに流れます。つまりICO自体は無視して良いほど量でもかなり大きな漏れ電流になることがあります。
これを防ぐにはベースに流れ込んだICOがエミッタに流れ込まないようにすれば良いのでベース・エミッタ間に抵抗を接続してこっちに流します。
トランジスタがONしている時には一般にベース・エミッタ間には0.6V程度生じていると言われます。これはコレクタ電流がmA程度流れている時で、μA程度なら0.3V程度になります。1μA流れた時に0.3V以下なら漏れ電流は流れないわけで、ベース・エミッタ間の抵抗は　0.3V÷1μA＝300KΩ　が上限値になります。
現実にはシリコントランジスタのICOは1μAよりはるかに小さいですから理論上は抵抗値はもっと高くても構いません。しかし部品のばらつき、周囲温度などで増加することもあります。また本件ではコンデンサ(100μF)の漏れ電流も考慮しておかねばなりません。いずれも規格表とか理論で求まる値ではないので決めにくいですね。技術屋さんの経験がモノを言うところです。大雑把に言って10～100KΩといったところでしょうか。値は小さい方が安定度は高いでしょうが小さ過ぎると本来の機能が動作しないかもしれません。最終的には実際に動作させて決めます。

噛めんサイダー · Answer

No.3の噛めんサイダーです。
まず、回答者に教示をしてもらうのに、リンクURLを書いて、あっちを見ろ、こっちを見ろは失礼だと思いますよ。ここの質問画面を見るだけで分かるようにしてください。

「5.制限」を見ましたが、これは不完全で正常な動作はしないですよ。
ここに書いてある全ての回路に言えますが、これらは実際に作って動作確認をしてから掲載しているわけではありません。「原則的にはこんな回路で動くだろう」とゆう原理で書いてあるだけです。実用にするには、この回路をベースに色々とアレンジしなければ都合の悪いことがあります。

「5.制限」にしても、スイッチをいれると確かにLEDは点くだろうし、ある時間後には消えるだろうけど、またスイッチを入れても点きませんよ。一回動作するだけです。
リセット回路が無いですからね。
しかも2.2kΩと100μFなら0.1秒くらいしか点かないですね。点いたことが見えないんじゃないですか？

B-E間の10kΩは必須です。バイアスを安定化させるためです。
トランジスターにVBEsとゆう順方向ドロップ電圧特性があります。
N型トランジスターなら0.5〜0.6Vです。
スイッチを入れるとコンデンサーからベース抵抗を通ってトランジスターのベースからエミッターへ電流が流れてコンデンサーへ充電がはじまると同時にトランジスターにベース入力電流が流れるので増幅されたコレクター電流が流てLEDが点灯します。
時間が経つに従ってコンデンサーの充電が進み充電電流（ベース電流）が減少してきて、コンデンサーの電圧が、電源電圧−VBEsになると充電電流がゼロになってコレクター電流もゼロになるのでLEDが消灯します。つまりコンデンサーには電源電圧からVBEsだけ足りない電圧までしか充電しません。
それがこの回路の基本動作ですが、欠陥があります。

LEDをロジカルに点灯／消灯させたいのに、ベース入力電流はリニアに変化するのでコレクター電流もリニアに変化するので、一定時間後にLEDが消えるのではなく、だんだん暗くなってやがて見えなくなるようになります。
この時、ロジカルに動作させたいはずのトランジスターを中途半端なアナログ動作させるので、トランジスターの特性と流す電流によってはトランジスターのコレクター損失が増えて発熱します。トランジスターの寿命を縮めます。
しかも、一旦スイッチを入れると、スイッチを切ってもコンデンサーに充電したエネルギーを放電させる回路がないので、かなり長い時間放置してコンデンサーが放電するまで待たないと、もう一度スイッチを入れてもLEDは点かないですよ。
つまり3つの欠陥を持った回路です。
それを多少は改善したのが次の6の回路です。しかしこれも良い回路ではなく欠陥があるので実用になりませんよ。

そういった目的と、トランジスターの動作点を特性カーブのどこで行うかを決めて、そうなるように回路やバイアス点を決めて抵抗地や値キャパシタンスを計算します。

isoworld · Answer

Re: 回答No.1

> ということはトランジスタ回路において、ベース・グランド間に抵抗は原則入れると思っておけば良いでしょうか？

いいえ。そうとは言い切れません。「直流結合」のトランジスタ回路では、ベース・グランド間に抵抗を入れる必要性はありません。「交流結合」のトランジスタ回路において、ベースが直流的に安定な状態を確保する必要があるときに、そうします。

> また、抵抗値は10kΩが多く選定されている回路が目につきましたが計算で求めるものではなく習慣的にいれているのでしょうか？

そんなことはありません。10kΩが適切かどうかは、その回路のインピーダンス（とくにベースから見た入力インピーダンス）を考慮して決めます。

噛めんサイダー · Answer

文字でゴチャゴチャ書かれても分かりません。回路図を書いてください。
ベース抵抗とかエミッター抵抗とかの必要性は、アナログ動作させるのかロジカルに動作させるのかや、そのためのゲイン制御や動作バイアスの問題です。
つまり、動作点の設計と回路動作の安定性をどこにするかで決まります。
トランジスターの動作原理、電流制御技術、アナログ増幅回路、ロジック制御ね知識があれば自然に分かります。また、その知識が無いと安定なトランジスター回路設計はできせん。
誰かの作った回路を探してその通り作った方が早いと思いますよ。

ちなみに、ベースに直列にコンデンサーをつなぐと直流カットになるので交流増幅回路に使われる方法ですが、やりたいことはタイマー回路とゆうロジック回路なので、根本的には間違っています。
コンデンサーは並列にして、つまり蓄電器として使い、RCで時定数を持たせて、それをヒステリシス回路でタイマー制御するべきでしょう。