MOSFETを使用して5V信号と3.3V信号のレベル変換をしようとしています。ゲート電圧は固定でソース-ドレイン間はONさせたままで使用する予定です。そこで質問ですが、N-ch MOSFETの場合、内部に等価的にソースからドレイン方向にダイオードが入っています。ソース側に5V、ドレイン側に3.3Vを繋いだ場合、このダイオードを通って電流が流れ、3.3V系の電位が上昇してしまうことはあるのでしょうか。その場合にはソース側の電位を低く(3.3V)してやれば問題なく使えるようになりますか?回路設計中で急いでます。専門書も探しているのですが、スイッチングなどについての記述はあっても、レベル・シフトについての記述が無く、困っています。宜しくお願いします。

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A 回答 (2件)

再度です。


ウーン、どうなんでしょ。
おそらくショットキが入っていると思いますが、やはり等価的とはいえ
順方向に働くと思うのですが。
保護用のダイオードのような気がするのですが。

ちょっと検索して見ましたがたいしたものは掛からなかったですね。
一応URLのせておきます。
http://www.tij.co.jp/jsc/docs/sll/cbt/trans.html
http://www.cahners-japan.com/news/200106/2001061 …
http://www.toshiba.co.jp/about/press/1999_03/pr_ …
http://www.tij.co.jp/jsc/docs/sll/cbt/
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ダイオードが順方向に入っていれば当然電流は流れるものと思います。



それより、信号となっていますが速度のほうは大丈夫なのでしょうか。
高速な信号系に回路を入れると結構失敗が多いものですが。
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この回答へのお礼

回答どうもありがとうございます。
ダイオードとはいっても、そのものずばりが入っているのとは意味合いが違うかなと思っているのですが...。あくまで等価的に、ということだと思うのですが、これがどう影響するかよくわからない。
ちなみにFETを挿入するのはI2Cバスと呼ばれる部分で、早くても100~400kbpsくらいのシリアルのクロックとデータ線です。バスの規格としては5Vなのですが、受けるデバイスが最近は3.3Vのものが多く、ポートによっては5Vトレラントに対応していません。そのため5-3.3V変換が必要になります。FETのソースとドレインにどっちの電圧を印加して良いものやら悩んでおります。

お礼日時:2002/03/07 20:45

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低電位」に関するQ&A: 電蝕について

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Qプルアップ抵抗値の決め方について

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調節していって電圧降下が0.9Vとなるように設定するのでしょうか。どうぞご助力お願いします。



以下、理解の補足です。
・理解その1
ふつう、こういう場合は抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が決まっていることが前提だと考えていました。V=IRを計算するためには、この変数のうち2つを知っていなければならないからです。
また、例えば5V/2Aの電源を使った場合、マイコン周りは電源ラインからの分岐が多いため、この抵抗に2A全てが流るわけではないことも理解しています。

電源ラインからは「使う電流」だけ引っ張るイメージだと理解しているのですが、その「使う電流」が分からないため抵抗値を決定できません。(ポート入力電流の最大定格はありますが…)


・理解その2
理解その1で書いたように、抵抗値を計算するためには、電圧降下と抵抗に流れる電流が必要だと理解しています。図2を例に説明します。Rの値を決めたいとします。
CD間の電圧降下が5Vであることと、回路全体を流れる電流が2Aであることから、キルヒホッフの法則より簡単にRの値とそれぞれの抵抗に流れる電流が分かります。今回の例もこれと同じように考えられないのでしょうか。

ほとんどこの分野に触れたことがないので大変初歩的な質問になると思います。

図1のような回路でプルアップ抵抗の値を決めたいと思っています。
B点での電圧を4.1Vとしたい場合について考えています。その場合、AB間での電圧降下は0.9Vとなります。

抵抗値×電流=0.9Vとなるようにプルアップ抵抗の値を決めるべきだと考えていますが、この抵抗に流れる電流が分からないため、決めるのは不可能ではないでしょうか?

抵抗値を決めてからやっと、V=IRより流れる電流が決まるため、それから再度流れる電流と抵抗を調...続きを読む

Aベストアンサー

NO1です。

スイッチがONした時に抵抗に流れる電流というのは、最大入力電流や最大入力電圧
という仕様から読めば良いのでしょうか。
→おそらくマイコンの入力端子の電流はほとんど0なので気にしなくてよいと思われます。
入力電圧は5Vかけても問題ないかは確認必要です。

マイコンの入力電圧として0Vか5Vを入れたいのであれば、抵抗値は、NO3の方が
言われているとおり、ノイズに強くしたいかどうかで決めれば良いです。
あとは、スイッチがONした時の抵抗の許容電力を気にすれば良いです。
例えば、抵抗を10KΩとした場合、抵抗に流れる電流は5V/10kΩ=0.5mAで
抵抗で消費する電力は5V×0.5mA=0.0025Wです。
1/16Wの抵抗を使っても全く余裕があり問題ありません。
しかし、100Ωとかにしてしまうと、1/2Wなどもっと許容電力の大きい抵抗を
使用しなければいけません。
まあ大抵、NO3の方が書かれている範囲の中間の、10kΩ程度付けておけば
問題にはならないのでは?

Qトランジスタの出力をロジック回路へ入力したい

みなさまこんばんわです。よろしくお願い申し上げます。

さて、現在私は、VDD=+5VのCMOSロジック回路を設計しています。

で、その論理の条件の入力として、別の回路からの出力を利用したいのです。GNDが共通なので、そのまま入力できそうなのですが、その出力はH=+3V、L=0Vなんです。

入力先は4001UBですが、まあスレッショルド電圧的に、+3VもあればHだと認識してくれたんですけど、ちょっと気持ち悪いので(閾値付近で発振したら大変なことになるし、これ以上ICを追加できないので、シュミットトリガ付きのゲートも使えない)、トランジスタによるスイッチングでレベルを合わせようと思ったのです。で、考えたのが、添付画像の図1です。

ゲートが余ってないので、インバーターも追加できないため、正負が逆転してもらったら困るんです。本来は、エミッタを接地し、コレクタ→VDD間にRを入れるんですけど、それだと、Rがプルアップ抵抗になり、正負逆転してしまうので、これを避けた結果です。

ところが、これだと、出力は、Hレベルでも1.8Vくらいしかなく、NOR入力は、Hと判断してくれません。

そこで考えたのが図2。PNPを使ってみましたが、やはりこれも、正論理にするためにイレギュラーな感じになってます。これもHレベルの電圧は、2.8Vくらいしかなく、じゃあそのまま入力しろよ!ってな感じになってしまいました。。。

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同じ回路で、フォトカプラを使う場面も出てきます。ここも全く同じ正論理の動作を求められるので、ここで解決をしておきたいんです。何とかシュミットトリガなしのゲートに安定してHレベルを入力できるくらいにまでレベルをVDDに合わせたいんです。

どうすればいいでしょうか。ご教授いただければ幸いです。よろしくお願い申し上げます。

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Aベストアンサー

0~3.3Vの論理レベルを、論理反転せずに、トランジスタひとつ追加
くらいで、0~5V論理レベルに変換したい、ということですね。

だったら添付の図の回路でできます。

この回路の動作原理は:
入力が"H"のとき、トランジスタのベース電圧がR2とR3で分圧されて
2.5Vになっているので、入力の3.3Vより低く、トランジスタはOFFです。
OFFということは出力はR1でプルアップされた5Vが出ます。

入力が"L"のとき、トランジスタにはベース電流が流れ、コレクタ
電流も流れます。コレクタ電流が約0.32mAを超えるとコレクタ電圧が
エミッタ電圧に接近し、十分なVCEが得られなくなるので、電流増幅
率が落ちて、エミッタから見たトランジスタの内部抵抗が急増します。
そうすると、信号源の"L"の力でエミッタ電圧はほぼ0Vにまで落ちます。
信号源にとってみると、負荷はR1の10kΩとR2,R3の100kΩだけです。
この程度の負荷(プルアップ)は十分駆動できるはずですので、
エミッタ電圧が0Vで、トランジスタはONですからコレクタ電圧も0V
つまり"L"です。

信号のスピードが速いときは抵抗値を低めにしたり、R2,R3交点に
パスコンが必要かもしれません。

最近はワンゲートなどいう名称で1個入りのゲートICなどが売られて
いるのでトランジスタと抵抗で組むより小さくできるかもしれません。
そちらの方向も考慮された方が良いと思います。

0~3.3Vの論理レベルを、論理反転せずに、トランジスタひとつ追加
くらいで、0~5V論理レベルに変換したい、ということですね。

だったら添付の図の回路でできます。

この回路の動作原理は:
入力が"H"のとき、トランジスタのベース電圧がR2とR3で分圧されて
2.5Vになっているので、入力の3.3Vより低く、トランジスタはOFFです。
OFFということは出力はR1でプルアップされた5Vが出ます。

入力が"L"のとき、トランジスタにはベース電流が流れ、コレクタ
電流も流れます。コレクタ電流が約0.32mAを超...続きを読む

QVccとVddの違い

トランジスタのバイアス電圧などでよくVccとかVddとかかかれているのをみます。
Vccのccとは何の略で、Vddのddとは何の略なのでしょうか?
また使い分け方を教えて下さい。

Aベストアンサー

cはコレクタ,dはドレインの略です.
Vcと表記すると該当のトランジスタ1個のコレクタ電圧を指しますよね.
Vccという表記は,それと明確に区別するために使われていると思います.
ccで,複数のトランジスタのコレクタを意味しているのでしょう.
つまり,ccは「コレクタ側電圧(電源)」,ddは「ドレイン側電圧(電源)」
と考えればよいでしょう.
ちなみに,Veeでエミッタ側のマイナス電源(NPNの場合)を表します.
それと,ccとかddとかは,大文字でCC,DDと表記することが決まっている
はすです.小文字の場合は「小信号」を意味するからです.
IEEEやJEDECで表記の規則が手に入るはずです.

Q抵抗の1/2W、1/4Wの違いについて

 クルマのLED工作で抵抗を使おうと思っています。

 その時 抵抗には、〇Ω以外にも
1/2W、1/4W等の規格があるのですが、よくわかりません
調べてみたところ<電力消費>という
キーワードが分かりましたが他がサッパリ・・・・

・例えば (+)1/4W 430Ω LED (-)という場合
抵抗を 1/2W 430Ωでは、ダメなのですよね?
 1/2Wの場合 〇Ωになるのでしょうか?

・また、1/2W、1/4Wは、単純に大きさ(太さ、長さ)で
判別がつくのでしょうか?

Aベストアンサー

抵抗が焼ききれずに使用できる or 性能を保証できる電力です。

例えば1kΩの抵抗に24Vの電圧を与えると、抵抗はP=V*I=(V^2)/R=0.576Wの電力を熱として消費します。
1/2W抵抗は0.5Wまでしか持たないので1W抵抗を使用することになります。
一瞬でも定格を越えるとダメなので、通常は余裕を持って考えます。

>・例えば (+)1/4W 430Ω LED (-)という場合
>抵抗を 1/2W 430Ωでは、ダメなのですよね?

定格を満たしているため問題ありません。

>・また、1/2W、1/4Wは、単純に大きさ(太さ、長さ)で
>判別がつくのでしょうか?

大抵の場合大きさで分かります。長さも太さも違います。
同一シリーズであれば確実にワット数の大きいほうがサイズがでかいです。
(1/2W>1/4W)

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1314083328

Q逆起電力防止用ダイオードについて

モーターやリレー等、コイルを使う場合、逆起電力で部品が壊れるのを防ぐために
ダイオードを使うと思いますがダイオードの選択方法がわかりません。
例えば3V、2AをDCモータに流すとしてこのモータの逆起電力を防止するためには
どのくらいの定格のダイオードを利用すればいいのでしょうか?
計算方法があれば教えてください。
またダイオードにも小信号用やショットキー、整流用等、色々種類がありますが
どのタイプを選択すればいいんですか?

Aベストアンサー

モータなどのインダクタンス成分をもっている回路での還流ダイオードでは、モータやリレーなどの通電電流をバイパスすることができるだけの電流容量と、駆動時の電圧に耐えるだけの逆対電圧、(もうひとつ、高速にスイッチングするときには、逆回復特性も)を基準にして選定することになるかと思います。

3V2Aで駆動しているモータの場合だと、電流容量が2A以上の(高速整流用)ダイオードを選べばよいかと思います。
耐電圧の3V以上は、まず問題になることはないでしょう。

QFETに漏れ電流はありえるのでしょうか?

FETを用いて電源遮断を行ないたいのですが、「FETって漏れ電流があるんじゃない」と言われて暗電流の発生が気になっています。本当に漏れ電流は発生するのでしょうか?あったとしても無視していいようなレベルなのでしょうか?わかる方いらっしゃいましたらお願い致します。

Aベストアンサー

当たり前の話しですが、FETは絶縁物でなく半導体ですから、必ず漏れ電流があります。
そして、静電気保護のためのダイオードも付きますので、それなりの漏れ電流は流れます。

漏れ電流はデバイスの仕様に書いてありますが、多きいものでは100μA以下のものも有ります。

>>無視していいようなレベルなのでしょうか?

たとえばDC100V遮断で考えると、FET内部抵抗は単純計算で 100÷0.0001=1000000Ω=1MΩになります。
人体の抵抗を10kΩ程度とすると、間違えて触った場合人体には、0.1V程度かかる事になりまったく問題ありません。

多分?一般的には絶縁されているというレベルは10MΩ以上では無いかと思っています。
漏れ電流10μA以下のデバイスで100V遮断では、この絶縁階級に匹敵しますので、絶縁遮断したと考えてもいいかもしれません。

QMOSFETのゲートドライブ電流

こんにちは
最近趣味でマイコン(PIC)を始めたばかりの初心者です。
(電子回路も詳しくありません。)
PICの出力(吐き出し電流5V、最大25mA)をMOSFETにつなぎ、
12V1Aほどの負荷(DC電球)を数ヘルツ程度の低速でON/OFFする回路を考えています。
PICのプログラムはLEDで動作確認できましたが、12V1A程度の電源がないので
実験できず、机上で確かな計算をする必要があります。

ゲートには適当な抵抗をつけて直接PICにつなげばいいと思っていたんですが、
その『適当な』抵抗の値をいくつにすればいいのか、わからなくて色々調べていたら、
なにやら『ゲートドライブ電流』というのがあるとわかりました。
1/tr*Ciss*Vgで求めるということです。

使おうと思って買ってきたMOSFET(2SK2782)のデータで
http://www.semicon.toshiba.co.jp/td/ja/Transistor/Power_MOS_FET/20050902_2SK2782_datasheet.pdf
計算するとtr=15ns,Ciss=880pFで、約290mAということになります。

この『ゲートドライブ電流』というのは、トランジスタとは違って
D-S電流の大小にかかわらず、いつもこの値を流さないといけないんでしょうか?
1Aの負荷をON/FFするのに、290mAも流さないといけないとしたら
どっか私が誤解しているとしか思えないのですが…

MOSFETにした理由は、PICの出力をほぼ直接つなげられ、(そういう回路をよく見かけたので)
部品点数が減らせるということでした。
またトランジスタをつかうと、大きな電流を扱うものはヒートシンクが
必要になりそうで工作が大変になる。というのもありました。

よろしくおねがいします。

こんにちは
最近趣味でマイコン(PIC)を始めたばかりの初心者です。
(電子回路も詳しくありません。)
PICの出力(吐き出し電流5V、最大25mA)をMOSFETにつなぎ、
12V1Aほどの負荷(DC電球)を数ヘルツ程度の低速でON/OFFする回路を考えています。
PICのプログラムはLEDで動作確認できましたが、12V1A程度の電源がないので
実験できず、机上で確かな計算をする必要があります。

ゲートには適当な抵抗をつけて直接PICにつなげばいいと思っていたんですが、
その『適当な』抵抗の値をいくつにすればいい...続きを読む

Aベストアンサー

 
 
>> MOSFETにした理由はport出力を直接つなげられ部品点数が減らせる、また(バイポラー)トランジスタをつかうと大電流を扱うとヒートシンクが必要になりそう <<

 拝見しました、
nice decision、いいFETを選択しましたね、このパッケージは数個なら DIP-ICの足と同じ 2.54mm ピッチに立てて実装できて小さくおさまるので私も使ってました。
負過の電流と点滅頻度からして、heat-sink不要、ゲートに入れる直列抵抗も不要です。(バイポ育ちの人は生活習慣的に抵抗を付けたがりますが今回は不要です。)

 ぜひFETで育ってFETのノウハウを身に着けてください。FETはバイポのような熱望走も起きないし、バイポでは禁止技の並列駆動が得意技です、今回関係ないですがゲート充放電を高速にしたい場合はマイコンのportを並列に繋ぐこともできます、などなどです。

 心がけは、リセット後portをすぐ出力状態にすることですね。

 余談ですが;
もし方式的にどうしてもフロートがあり得る場合は、ゲート直列抵抗ではなく並列プルダウン抵抗(100kΩとか無駄ない電力消費が無い値)を付けます。これも立てて実装できる抵抗アレイがお奨めです。
 
もう一つ参考までにゲート駆動抵抗の高度な話です;
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1012880
 No13の波形。大きな抵抗を付けて重い仕事をさせると ゲートにこんな「邪魔な波形」が現れるので 抵抗はできるだけ小さくします。
 ゲートとドレイン間のCrssは ゲート電圧で充放電されてるのではありません。FET自体が「反転型アンプ」で このコンデンサは負帰還素子です。
 
 

 
 
>> MOSFETにした理由はport出力を直接つなげられ部品点数が減らせる、また(バイポラー)トランジスタをつかうと大電流を扱うとヒートシンクが必要になりそう <<

 拝見しました、
nice decision、いいFETを選択しましたね、このパッケージは数個なら DIP-ICの足と同じ 2.54mm ピッチに立てて実装できて小さくおさまるので私も使ってました。
負過の電流と点滅頻度からして、heat-sink不要、ゲートに入れる直列抵抗も不要です。(バイポ育ちの人は生活習慣的に抵抗を付けたがりますが今回は不要です...続きを読む

Qエクセル STDEVとSTDEVPの違い

エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
では、STDEVとSTDEVPの違いは何なのでしょうか?統計のことは疎く、お手数ですが、サルにもわかるようご教授頂きたく、お願い致します。

Aベストアンサー

データが母集団そのものからとったか、標本データかで違います。また母集団そのものだったとしても(例えばクラス全員というような)、その背景にさらならる母集団(例えば学年全体)を想定して比較するような時もありますので、その場合は標本となります。
で標本データの時はSTDEVを使って、母集団の時はSTDEVPをつかうことになります。
公式の違いは分母がn-1(STDEV)かn(STDEVP)かの違いしかありません。まぁ感覚的に理解するなら、分母がn-1になるということはそれだけ結果が大きくなるわけで、つまりそれだけのりしろを多くもって推測に当たるというようなことになります。
AとBの違いがあるかないかという推測をする時、通常は標本同士の検証になるわけですので、偏差を余裕をもってわざとちょっと大きめに見るということで、それだけ確証の度合いを上げるというわけです。

Qリファレンス電圧

「リファレンス電圧」とは、なんですか?

分かる方がいましたら、ご教授お願いします。

AD変換と関係があるのでしょうか?

初心者ゆえ、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ANo.1さんとANo.2さんとほとんど同じなのですが、AD変換器とは何かという観点で説明します。

実は、AD変換器というのは電圧を直接測定しているのではありません(!?)。
じゃあ、なぜ電圧が分かるのかというと、電圧のわかっている信号と、測定信号のどちらが大きいか比較しているからです。この「電圧のわかっている信号」というのがリファンス(基準)電圧です。

ただ、単純に比較するだけだと、基準電圧より大きいか小さいかしか分からないので、実際のAD変換器は、この基準電圧のm/n倍の電圧を内部で作って、これと入力信号と比較することで、入力電圧を求めるということをやっています。たとえば、基準電圧がVという電圧のとき、これをm/n倍したのと、入力電圧が等しくなったとすると、入力電圧はV×m/nだったということが分かります。このmやnの値を計算しているのがAD変換器なのです。ただし、mやnの値をどの範囲まで計算できるかはAD変換器によって違っていて、nが大きいほど細かい電圧まで読める(分解能が高い)AD変換器ということになります。例えば16bit分解能のAD変換器はnの値が2^16=65536あって、V×mの数値をV×m/65536刻みの精度で読めるということになります。

このように、リファンス(基準)電圧は、電圧を計算する重要な「ものさし」なので、これををいじってしまうと、AD変換器は間違った答を出してしまいます。このため、この基準電圧は、電圧の値が絶対に正確であることはもちろん、温度が変わったり時間がたっても常に同じ電圧である必要があります。

実際のAD変換器では、回路の内部でこの基準電圧を作っています(温度変化が少なくなるように工夫されています)が、使い方によっては、もっと正確で安定な電圧を基準にしたい場合があります。そのようなときは、外部の準電圧を入れることができるAD変換器もあります。

世の中のAD変換器には、m/nを計算するやりかたの違ういろいろな方法がありますが、しかし基本原理は「基準電圧と入力電圧を比較している」ことです。そのものさしとなる基準電圧がリファレンス電圧ということです。

ANo.1さんとANo.2さんとほとんど同じなのですが、AD変換器とは何かという観点で説明します。

実は、AD変換器というのは電圧を直接測定しているのではありません(!?)。
じゃあ、なぜ電圧が分かるのかというと、電圧のわかっている信号と、測定信号のどちらが大きいか比較しているからです。この「電圧のわかっている信号」というのがリファンス(基準)電圧です。

ただ、単純に比較するだけだと、基準電圧より大きいか小さいかしか分からないので、実際のAD変換器は、この基準電圧のm/n倍の電圧を内部で...続きを読む

Qトランジスタの破壊の原理について教えてください

トランジスタの破壊について教えてください。
例えばVBEO=5Vとした場合にエミッタ-ベース間に5V以上の逆電圧がかかった場合に
電流が流れることによりトランジスタは破壊するのでしょうか?それとも電圧がかかるだけで破壊するのでしょうか?
対策としてベースに逆流防止のためダイオードを入れた場合には(微笑しか)電流は流れないので、
電圧がかかっても破壊には至らないと考えてよいでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

エミッタ-ベースはダイオードと考えて下さい 当然耐えられる逆電圧があります
数V~十数Vで これを超えますと電流が急に増え熱で劣化叉は壊れます

何を目的の回路かによって対策は変わります と言いますのは対策によって目的の増幅回路等に影響を及ぼすからです
逆流防止のためダイオードを入れた場合も当然影響しますので良く検討して下さい

スイッチング用トランジスターはエミッタ-ベース間逆耐圧が高いのでパルス動作には良く使われます
と言うよりパルス回路では逆電圧が掛ける事が多いので初めから高く作られているのです


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