お世話になります。
添付画像のようなトランジスタを使ったLED発振回路で、2点ほど疑問があります。
まず、トランジスタがONした時LEDに電流が流れますが増幅された結構大きい電流が流れるのではないかと思いますがQ1トランジスタのエミッタからLEDに向かっている回路には保護抵抗が使われておりません。これはなぜでしょうか?短い時間だから?
もう一点は、コンデンサCのプラス側がLEDのアノード側につながっています。これの意味がよく分かりません。コンデンサのプラス側とLEDのアノード間は電流が流れるのでしょうか?
例えばこれを、コンデンサのプラス側からLEDのカソード(GND)へ接続するのとでは意味がどう変わりますか?
申し訳ございませんが、初心者なので難しい事は理解できないかもしれませんのでよろしくお願いいたします。ステップアップのための質問です。よろしくお願いいたします。

「トランジスタを使ったLED発振回路の動作」の質問画像

質問者からの補足コメント

  • 回答どもありがとうございます。
    LEDの色ですが一応電源が3Vしかないので赤LEDと考えます。

    1つ目の疑問は短時間であるから問題ない、というのは自分の予想通りで納得しました。

    備考のこのままじゃ動作しないんですが、については色々な所で紹介されている回路であることもあり動かないというのもおかしいと思い、この回答を受けて実際にブレッドボード上で試してみたらやはりきれいに点滅しました。
    NPNトランジスタを2つ使って2段増幅する回路の場合は電源とベース間に抵抗をいれているものも見つかりましたがPNPとNPNの組み合わせのこの場合は必要ないのでは?

    とりあえず補足の文字制限があるため、申し訳ございませんが2つに分割して投稿することにします。
    後半に続く

    No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2016/01/03 22:20
  • すみません、前半からの続きです。

    で、実際にやってみた結果で、コンデンサのプラス側からLEDのカソード(GND)へ接続するとご指摘どおり点滅しなくなりました。これはコンデンサを外した場合と同じ動作でした。
    もう一つ試してみたのですがコンデンサの極性を逆に紹介しているサイトもあるのでQ2のベース側をプラスにしてみると、こちらも問題なく見た目には同じように動作しました。何故でしょうか?
    コンデンサの電位は下側がLEDのVFで1.7Vくらいだとして上側はトランジスタのベースで0.7Vとすると下の方が大きいので通常下側をプラスにするんですよね?この場合あまり関係ないんですかね?

    またしても文字制限で書ききれなかったためもう一回分割します。申し訳ございません。続く・・・

      補足日時:2016/01/03 22:23
  • で、2つ目の疑問なんですけど最初はCへの充電は抵抗を流れてきた電流によって行われ、Cの電圧が上がってくるとベース電流が流れやがてトランジスタがONしてLEDへ電流が流れるので点灯し、電流はLEDにも流れるけどCの電位も低いのでそちら側にも流れると。そうなると、Q2のベースには常にQ1トランジスタのコレクタからCへ常に電流を供給するため、点滅する前にONしっぱなしになる気がするのですが、そこをどう理解すればよいですか?
    他の所の説明では、まず抵抗を流れた電流がCを充電していってQ2をONし、それによってQ1もONしLEDが点灯、Q1がONすると抵抗の方には電流が流れなくなり、やがてQ2のベース電流が流れなくなりトランジスタはOFFし、また、抵抗に流れ出す、みたいな説明になっていました。この説明は理解しやすいのですが、コンデンサとLEDのアノード間部分の接続の働きが分からなかったのです。

      補足日時:2016/01/03 22:25
  • 補足の回答長々とどうもありがとうございました。
    回答を読んである程度イメージができてきましたが、少し分からないことがあります。
    丁寧な説明をしていただいておりますが、理解が遅く申し訳なく思います。

    説明に16.5msecというのが出てきますが、添付の波形からはmsecというのは読み取れないのですが、0.0S付近の波形の立ち上がりの様子を説明されているということでよろしいでしょうか?
    あと最初の説明では、瞬間であれば問題ないといわれていましたがやはりこれだけ流れていると短時間といえども制限用の抵抗を入れたほうがよいということですか?

    またまた補足が長くなり申し訳ないですが3分割いたします。

    No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時:2016/01/05 00:22
  • >その結果Q2のベース電圧は0.54Vから1.2V低い-0.66Vまで下がります。その結果Q2のベースは完全にカットオフ状態になります。
     その後コンデンサC1には抵抗R1を通して充電が開始されます。

    ここの説明ですが、波形を見ると、V(b2)のベース電圧が-0.66V付近まで下がった後、I(C1)コンデンサの電流は0mAになっているのでその間に抵抗R1を通して充電されているようには見えず、次にコンデンサに電流が流れているのは、1.3s付近のトランジスタが再びONした後エミッタ電流より充電されているように思えます。

    申し訳ないですがここで分割いたします。

      補足日時:2016/01/05 00:23
  • もう一つは波形を見る限り、ベース電圧が直線的に上がっている間コンデンサが充電なり放電なりしているわけではなく0mAのままであるのにどうして直線的な上昇になっているのでしょうか?V(b2)のベース電圧直線的に上昇している間は抵抗からの電流ですよね?(このトランジスタがOFFしている期間はコンデンサはOPENと同じ状態なんですよね?)
    あと、R1の抵抗を小さくしてみるとおっしゃるとおり点灯になりました。

    以上、よろしくお願いいたします。
    たびたび申し訳ないです。

      補足日時:2016/01/05 00:26

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A 回答 (6件)

回答NO.2です。

補足コメントありがとうございます。

初めに間違った回答をしてしまいました。ごめんなさい。

実際の回路をシミュレーションしてみました(こちら: http://yahoo.jp/box/rdFFTa)のでその結果を使って以下に説明します。

 まず、回路条件ですがQ1のhFEを283、Q2のhFEを130.4、抵抗R1の値を500kΩとします。LEDは赤色だと思いますがフェアチャイルド製のQTLP690Cを使います。

 シミュレーション結果は左側に波形で示されてます。
各波形は一番上からQ2のベース電圧V(b2)、LEDのアノードの電圧V(da)、コンデンサC1に流れる電流I(C1)(ポイントDAからB2の方向を正とします。)、LEDの電流I(D1)、最後にLED QTLP690Cに18mmA電流を流した時のVFV(f2)と順方向電圧降下V(f2)となってます。

 シミュレーションではスタートと同時に電源V1を0Vから3Vへ立ち上げてます。このトランジェントシミュレーション時間は3秒です。

 まず、電源を立ち上げた瞬間は抵抗R1を経由してトランジスタQ2のベースへ電流が流れ込みます。この時はまだLEDには電流が流れていません。LEDは1V程度までは非常に大きな抵抗値を持ちますのでR1を流れる電流は殆どQ2のベースに流れ込みます。

 Q2に流れる最初にベース電流Ib2iは

  Ib2i=(3V-0.7V)/500kΩ=4.6uA 流れます。
1
このIb2iはトランジスタQ2とQ1で増幅されます。Q2のhFE2とQ1のhFE1を使って、Q1のコレクタ電流Ic1iは

  Ic1i=Ib2i×hFE2×hFE1 (1)

で計算できますからQ1のコレクタ電流Ic1iは

  Ic1i=4.6uA×130.4×283=170mA

と計算されます。実際のシミュレーション結果では140mA程度とちょっと少ない。この電流が最初のLED電流となります。シミュレーション結果のI(D1)を見てみると140mA程度の電流が時間16.5msecまで続いてそこで急激に電流が無くなります。
 もうお気づきと思いますが、この電流の値はLED にとっては最大定格をはるかに超える電流です。一般的な赤色LEDの最大定格電流は20mA程度ですから、こんなに大きな電流を流せばLEDが壊れるか劣化してしまいます。
 またIc1iは抵抗R1とQ1、Q2のhFEで決まってくる電流ですから例えばR1を100kΩにすればIc1iは5倍の850mAにもなってしまいます。またhFEもバラツキますから、Q1のコレクタ電流の絶対最大定格を超えてしまう可能性も考えられます。
 ですから、対策としてQ1のコレクタとLEDのアノードの間に電流制限用の抵抗を入れなければまずいということになります。

 この大きな電流が流れている期間はLEDのアノードがほぼ一定の電圧、この場合は電圧波形V(da)になりますが、約2.7Vの値になります。この一定電圧の間、LEDのアノードからQ2のベースへ向かってコンデンサC1を充電します。電源が投入された瞬間に一番大きな充電電流が流れますがその後エクスポーネンシャルで充電電流は時間とともに減少してゆき16.5msec経過後に充電電流は殆どゼロまで低下します。その結果、Q1のコレクタ電流もなくなってLED 電流は急激に低下します。その結果LEDのアノードの電圧は一定の電圧まで差がいます。この場合は2.7Vから約1.5Vまで約1.2Vほど下がります。この1.2Vはコンデンサに充電された電圧に相当します。
 その結果Q2のベース電圧は0.54Vから1.2V低い-0.66Vまで下がります。その結果Q2のベースは完全にカットオフ状態になります。
 その後コンデンサC1には抵抗R1を通して充電が開始されます。Q2のベース電圧V(b2)を見るとわかりますがV(b2)は時間とともに直線的に上がってゆきますそしてV(b2)が0.2V程度まで上昇するとQ2のベース電流が少し流れ始め、その電流がhFE倍されてQ1のベース電流になりそれが更にhFE倍されてLED電流の増加となります。結果としてLEDの電流の増加とともにLEDのアノード電圧も少々し始めます。LEDのアノード電圧が上がり始めればまたコンデンサC1への充電が始まりQ2のベース電流が増え始めます。その結果Q1のコレクタ電流もさらに増えてゆきLEDのアノード電圧も増えます。このような状況を正帰還状態と言いますが、正帰還状態によってLED電流は急激に増加することになります。
 そしてまたLED電流は140mA程度流れ同じく16.5msec後にコンデンサC1の充電が終了しLEDの電流はOFFされます。あとは先ほどの説明と同じ繰り返しになりLEDの点滅が繰り返されるわけです。


 それでは補足にありました質問について以下に回答いたします。

1)
>備考のこのままじゃ動作しないんですが、については色々な所で紹介されている回路であることもあり動かないというのもおかしいと思い、この回答を受けて実際にブレッドボード上で試してみたらやはりきれいに点滅しました。
>NPNトランジスタを2つ使って2段増幅する回路の場合は電源とベース間に抵抗をいれているものも見つかりましたがPNPとNPNの組み合わせのこの場合は必要ないのでは?

回答>>ちょっと舌足らずで申し訳ありません。正確には起動しない場合がありますよ、ということです。上で動作を説明しましたが
 電源の立ち上げ時に抵抗R1経由でQ2のベースに電流を流します。そしてQ1のコレクタに大きな電流が正帰還効果で流れC1を経由してのQ2ベースへの充電電流が流れ始めますがこの充電電流が小さくなっても抵抗R1からの電流の値が大きいとLED電流、すなわちQ1のコレクタ電流、が下がり始め無くなってしまうのです。LED電流が下がらなければLEDのアノード電圧も下がらなくなりますのでQ2ぼベース電圧を急激に下げることができなくなります。その結果LEDは点滅ではなくて点灯しっぱなしになってしまいます。
 ブレッドボードで試されてるならR1n値を小さくしてみれば、この現象は確認できると思います。

2)
>で、実際にやってみた結果で、コンデンサのプラス側からLEDのカソード(GND)へ接続するとご指摘どおり点滅しなくなりました。これはコンデンサを外した場合と同じ動作でした。
>もう一つ試してみたのですがコンデンサの極性を逆に紹介しているサイトもあるのでQ2のベース側をプラスにしてみると、こちらも問題なく見た目には同じように動作しました。何故でしょうか?
>コンデンサの電位は下側がLEDのVFで1.7Vくらいだとして上側はトランジスタのベースで0.7Vとすると下の方が大きいので通常下側をプラスにするんですよね?この場合あまり関係ないんですかね?

回答>>電解コンデンサを極性を逆にしても動作をしたのはなぜか?ということですが、極性が逆になれば実効的なコンデンサの容量はかなり小さくなってしまいますが容量がなくなるわけではありません。ですから動作はするけれどコンデンサの容量は小さくなってしまう。更に長期間使用すればコンデンサへのダメージが生じます。ですから下側をプラスに接続するのが正しい接続ということになります。

3)
>で、2つ目の疑問なんですけど最初はCへの充電は抵抗を流れてきた電流によって行われ、Cの電圧が上がってくるとベース電流が流れやがてトランジスタがONしてLEDへ電流が流れるので点灯し、電流はLEDにも流れるけどCの電位も低いのでそちら側にも流れると。そうなると、Q2のベースには常にQ1トランジスタのコレクタからCへ常に電流を供給するため、点滅する前にONしっぱなしになる気がするのですが、そこをどう理解すればよいですか?

回答>>最初は上で説明したようにC1向こう側はLEDのアノードにつながってます。最初の時点ではQ1はOFFしてますからコンデンサC1には直列にLEDがつながってることになります。またコンデンサC1の逆側はトランジスタQ2のベースです。トランジスタのベースはいくら上昇しても高々0.7V程度です。そうするとC1の充電には最大0.7V程度しか電圧が与えられないことになります。そうするとC1に直列につながっているLEDにも最大0.7Vていどしかかからないことになります。LEDの電流は0.7V程度ではnAのオーダーで極端に小さな電流しか流せません。結果、コンデンサC1への充電は殆ど行われないのでコンデンサはこの状態ではLED側がopenになってるのと等価な状態です。ですから最初は抵抗R1からの電流は殆どQ2のベースへ供給されることになります。
 ですから、最初はいきなりQ2のベースへ抵抗R1を通ってきた電流が流れてそれが2つのトランジスタで増幅され、Q1の大きなコレクタ電流、即ちLED電流となるわけです。そして大きな電流が流れてLEDのアノード電圧が急激に立ち上がるのでその結果コンデンサC1へLEDのアノードからベースへ向かって大きな充電電流(最初の瞬間が一番大きくその後、対数的に減少してゆく)が流れ一定時間後の充電電流がゼロ近くまで下がりLEDの電流が急に下がってアノード電圧が急に下がりその下がった電圧の分だけQ2のベース電圧が下がるのでQ2がカットオフされるという流れになるわけです。
この回答への補足あり
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回答NO.3に新しい質問が上がりましたので以下に回答いたします。



1)
>説明に16.5msecというのが出てきますが、添付の波形からはmsecというのは読み取れないのですが、0.0S付近の波形の立ち上がりの様子を説明されているということでよろしいでしょうか?
>あと最初の説明では、瞬間であれば問題ないといわれていましたがやはりこれだけ流れていると短時間といえども制限用の抵抗を入れたほうがよいということですか?


回答>>説明で16.5msecと言ってたのは実は26.5msecでした。すみません。この説明はそうです、0.0s付近の波形の立ち上がりの様子を説明しました。
 それからLEDに流れる電流ですが流れてる時間が数usec以下ならば何とかLEDは劣化しないですが、数十msecという時間は半導体にとってはDC条件と同じくらい厳しい条件と考えて差し支えありません。ですから何も制限抵抗を入れないとLEDは劣化ないしは破壊してしまいます。制限抵抗は入れた方がいいです。

2)
>>その結果Q2のベース電圧は0.54Vから1.2V低い-0.66Vまで下がります。その結果Q2のベースは完全にカットオフ状態になります。
>> その後コンデンサC1には抵抗R1を通して充電が開始されます。

>ここの説明ですが、波形を見ると、V(b2)のベース電圧が-0.66V付近まで下がった後、I(C1)コンデンサの電流は0mAになっているのでその間に抵抗R1を通して充電されているようには見えず、次にコンデンサに電流が流れているのは、1.3s付近のトランジスタが再びONした後エミッタ電流より充電されているように思えます。

回答>>説明に使ったシミュレーション結果の波形が細かいところではわからないような波形になってしまってましたのでこちら(http://yahoo.jp/box/AD6Ct5)にシミュレーション時間を50msecに短くして実行した波形を示します。
 V(b2)のベース電圧が-0.51V(前回の説明では-0.66Vと説明しましたが正確には-0.51Vでした。)まで下がった後はI(C1)コンデンサの電流は0mAではなくて-7uAに変化してます。電流の極性がマイナスの極性になってますので電流の方向は回路図に示したC1の矢印の電流の方向とは反対になってます。つまり抵抗R1から流れてくる方向になってます。これがR1から充電されてる電流になります。
 また1秒以上経過してから再びQ1がONした後のC1の電流は流れる方向がマイナスからプラスに転じてます。すなわち、LEDのアノードからQ2のベースへ向かう方向になってます。この状態ではこのC1の充電電流はQ1のコレクタから供給される電流になります。

3)
もう一つは波形を見る限り、ベース電圧が直線的に上がっている間コンデンサが充電なり放電なりしているわけではなく0mAのままであるのにどうして直線的な上昇になっているのでしょうか?V(b2)のベース電圧直線的に上昇している間は抵抗からの電流ですよね?(このトランジスタがOFFしている期間はコンデンサはOPENと同じ状態なんですよね?)
あと、R1の抵抗を小さくしてみるとおっしゃるとおり点灯になりました。

回答>>この充電は抵抗R1(500kΩ)を介してコンデンサC1(10uF)に充電される状況です。この充電時定数τは τ=R1×C1 で決まりますから、この式に値を入れて計算します。

    τ=500E3×10E-6=5sec

と計算できます。この時定数の5秒に対してベース電圧の充電が終了する時点、約1.46秒は時定数に比べてかなり小さいのでほぼ直線に見えてるだけです。ちなみにこの区間を拡大してシミュレーションした結果(http://yahoo.jp/box/Ce6gNX)を見てください。V(b2)の波形に赤い細い直線を引いてあります。これを見るとV(b2)は時間の経過とともに緩やかに直線から離れて行ってるのが分かるかと思います。ですから、実際には直線ではなく通常のCRの充電カーブを描いてると考えて差し支えありません。
 また、シミュレーション波形のコンデンサC1の電流変化を見てください。I(C1)は-7uAから時間の経過とともに少しづつその絶対値が減少してるのが分かります。I(C1)が変化しなければV(b2)の充電波形も直線になりますがこのように充電電流が少しづつ減って来ますので時間とともに少しづつV(b2)は直線から離れてくるわけです。
 それから、この期間はQ1はOFFしてますが、コンデンサC1のLEDのアノード側は1.5Vになってます。この電圧はコンデンサにたまった電化によるものです。充電電流はそのままLEDに流れ込んでます。ちなみにLED電流はI(C1)と同じ電流が流れてます。シミュレーション結果ではI(D1)の極性がプラスになってますが、LEDの電流はシミュレーションではアノードからカソードの方向が基準でプラスです。ということで、充電電流I(C1)はそのままLEDを流れてGNDへ流れてるということが分かります。
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この回答へのお礼

色々どうもありがとうございました。
何となくですが分かりました。たったこれだけの回路でも細かく解析していくと最初考えていた以上に結構大変なんですね。

お礼日時:2016/01/06 01:03

回答NO.3の質問3)への回答の最後に追加があります。



>ですから、最初はいきなりQ2のベースへ抵抗R1を通ってきた電流が流れてそれが2つのトランジスタで増幅され、Q1の大きなコレクタ電流、即ちLED電流となるわけです。そして大きな電流が流れてLEDのアノード電圧が急激に立ち上がるのでその結果コンデンサC1へLEDのアノードからベースへ向かって大きな充電電流(最初の瞬間が一番大きくその後、対数的に減少してゆく)が流れ一定時間後の充電電流がゼロ近くまで下がりLEDの電流が急に下がってアノード電圧が急に下がりその下がった電圧の分だけQ2のベース電圧が下がるのでQ2がカットオフされるという流れになるわけです。

この文章の後に以下の文章を追加します。

C1への充電電流が十分小さくなってももともとの抵抗R1から流れてくる電流が大きいと結果的にQ1のコレクタ電流が下がらずにLEDの電流が下がらないということが起きます。そういう場合、LEDの電流が下がらないのでLEDのアノード電圧の急激な低下も起きないのでQ1のベース電圧の急激な低下も起きずQ2のカットオフも起きないことになってLEDは点灯しっぱなしになってしまします。
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回答NO.3の続きです。

文字制限に掛かってしまったので追加しました。

4)
>他の所の説明では、まず抵抗を流れた電流がCを充電していってQ2をONし、それによってQ1もONしLEDが点灯、Q1がONすると抵抗の方には電流が流れなくなり、やがてQ2のベース電流が流れなくなりトランジスタはOFFし、また、抵抗に流れ出す、みたいな説明になっていました。この説明は理解しやすいのですが、コンデンサとLEDのアノード間部分の接続の働きが分からなかったのです。


回答>>これは上の3)で説明したように最初はCへの充電は起きませんということです。
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今日は。


 この回路はこのままじゃ実際動作しないんですが、とりあえず2つの質問について以下に説明します。
1.トランジスタがONした時LEDに電流が流れますが増幅された結構大きい電流が流れるのではないかと思いますがQ1トランジスタのエミッタからLEDに向かっている回路には保護抵抗が使われておりません。これはなぜでしょうか?短い時間だから?

回答>>もし、LEDのVF(順方向電圧降下)が小さい赤色LEDだったら、瞬間的ではありますが大きな電流が流れる可能性があります。LEDが白色LEDだったらVFは3V以上ありますからそんなに大きな電流は流れません。赤色LEDだったらVFは1.8V程度なので瞬間的に流れる電流はかなり大きな電流になります。でも流れる時間はせいぜい数十μsec程度なのでトランジスタにダメージは与えません。

2.コンデンサCのプラス側がLEDのアノード側につながっています。これの意味がよく分かりません。コンデンサのプラス側とLEDのアノード間は電流が流れるのでしょうか?
例えばこれを、コンデンサのプラス側からLEDのカソード(GND)へ接続するのとでは意味がどう変わりますか?

回答>>Q1が「ON」してLEDに電流が流れ始めると同時にLEDのVFが例えば白色LEDならば約3.2Vに瞬間的に上昇します。
 この時Q2のベース電圧は0.7V程度になります。結果LEDのアノードからコンデンサCを通って大きな充電電流がQ2のベースに流れ込みます。この電流はやがてコンデンサCへの充電が終了に近づくにつれて少なくなってゆきます。この充電電流がQ1を「ON」するのに必要なQ1のベース電流以下になるとQ2は「OFF」してLEDが消灯します。その後は抵抗100kΩからコンデンサCに充電が開始されてQ2のベース電圧を少しずつ上昇させます。そしてQ2が「ON」できる電圧(約0.7V)までQ2のベース電圧が上昇すると再びQ2とQ1が「ON]になりLEDに電流を流し、かつコンデンサCを経由してQ1の「ON」状態を一定時間保持します。
 という動作になりますのでコンデンサCはQ1が「ON」になった状態を一定時間維持するためにLEDダイオードのアノードからQ2のベースへCの充電電流を利用して電流を流します。
 コンデンサのプラス側からLEDのカソード(GND)へ接続するとQ1が「ON」した時にその「ON」状態を維持するためにQ2のベースへ電流を流してやる経路がなくなりますのでLEDの点滅動作ができなくなってしまいます。

備考>>最初に、「この回路はこのままじゃ実際動作しないんですが、」と述べましたがその理由はQ1のベースと電源3Vの間に抵抗が本来必要なんですが、この回路にはその抵抗がありません。実際は数百Ωの抵抗が必要になります。抵抗が無ければLEDの点滅動作は動きません。
この回答への補足あり
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この回路は、「シリアルオシレータ」の変形ですね。


動作原理はこちらをどうぞ。
http://ednjapan.com/edn/articles/1309/12/news004 …

> 初心者なので難しい事は理解できないかもしれませんのでよろしくお願いいたします。
> ステップアップのための質問です。
筆者はこちらのBBSにいるから、「シリアルオシレータの動作原理」としてどこが理解できないか書けば親切に説明してくれますよ。
https://bbs.ednjapan.com/ADI/index.php?bid=4
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この回答へのお礼

どうもありがとうございました。
参考になりました。

お礼日時:2016/01/06 00:59

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ちなみに、
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 実際にはマイコンで動かすのでしたらマイコンのCMOS出力ポートが使えますからこの抵抗は無くても正常に動作してくれます。
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トランジスタの基本動作はエミッタベース間の電流Ibを調整することによって、エミッタコレクタ間の電流Icを操れるということはわかりました。この基本動作の時のエミッタコレクタ間Vcについてですが、電流を増幅させた時なぜVcが小さくなるんでしょうか?電流が多く流れた方が電圧降下ぎ大きくVcが大きくなると思うんですが....

Aベストアンサー

トランジスタの現実的な使い方はVcの上にコレクタ抵抗(負荷抵抗)を付けて、その先はVcc(電源電圧)につなぎます。なので、ベース電流Ibを流せばコレクタ電流Icも流れ、それがコレクタ抵抗で電圧降下を起こし、VcはVccよりも下がります。

あなたが描いた図面には、そうした全体の回路図が表わされていないので、分かりにくいんです。

Qトランジスタアンプのインピーダンスマッチング

トランジスタの勉強をしているものです。
トランジスタアンプでプッシュプルで8オーム、0.5W負荷(スピーカー)の回路があります。
出力が小さいので、出力からもう一つトランジスターアンプをかまして出力を上げたいのですが、インピーダンスマッチングどうすればよいでしょうか。
1、そのままつなぐ
2、トランスを入れる(入手が困難?)
3、抵抗1Kくらいを直列に入れる
詳しい方よろしくお願いします。

Aベストアンサー

スピーカ駆動用のアンプならオーディオ帯域なので、インピーダンスマッチングは考えなくていいです。8オーム・0.5W負荷の回路の出力に、もう一つトランジスターアンプをそのままつないで構いません。そのとき、8オーム・0.5W負荷の回路の出力とGND間に10Ω程度のダミー抵抗を入れたほうがいいです。

アンプの入力インピーダンスは10kΩ~100kΩの範囲だと思いますが、入力インピーダンスというのは入力端子とGND間のインピーダンス(交流抵抗)のことです。入力インピーダンスと同じ抵抗をかますと、この抵抗と入力インピーダンスで信号が分圧されるので、もう一つトランジスターアンプの入力信号強度は、8オーム・0.5W負荷の回路の出力信号強度の半分になってしまいます。抵抗をかまさなければ(直結すれば)信号が分圧されないので、「8オーム・0.5W負荷の回路の出力=もう一つトランジスターアンプの入力」になります。

8オーム・0.5W負荷の回路の出力とGND間にダミー抵抗を入れるのは、ダミー抵抗がないと、8オーム・0.5W負荷の回路の動作が不安定になる(回路が発振したりする)可能性があるからです。また、ダミー抵抗がないと、電源投入時に「ボコ」というポップ音が大きく出る可能性があります。ダミー抵抗の許容電力は1W以上のもの(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gR-03991/)にしてください。

スピーカ駆動用のアンプならオーディオ帯域なので、インピーダンスマッチングは考えなくていいです。8オーム・0.5W負荷の回路の出力に、もう一つトランジスターアンプをそのままつないで構いません。そのとき、8オーム・0.5W負荷の回路の出力とGND間に10Ω程度のダミー抵抗を入れたほうがいいです。

アンプの入力インピーダンスは10kΩ~100kΩの範囲だと思いますが、入力インピーダンスというのは入力端子とGND間のインピーダンス(交流抵抗)のことです。入力インピーダンスと同じ抵抗をかますと、この抵抗と入...続きを読む

Qnpn.pnpトランジスタを使いモータの正逆回転をする回路なのですが、こちらの回路で質問です。これ

npn.pnpトランジスタを使いモータの正逆回転をする回路なのですが、こちらの回路で質問です。
これはモーター動作しない範囲を狭める回路らしいのですが、ダイオードの向きの意味が分かりません。
上のnpnで考えて、入力に2v加わると、ダイオードの電圧降下の0.7vでベースには1.4v、さらにトランジスタの電圧降下でモータには0.7v加わるという事ですか?
なぜダイオードの、向きがnpn.pnpで違うのでしょうか?
またpnpの方の電圧のかかり方、電流の、流れが分かりませんのでご教授頂きたいです。
宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

以下、トランジスタはTr、ベースはB、エミッタはE、コレクタはC、ダイオードはD、抵抗はR と略記します。

この回路は左側のRa-D-D-Rb直列回路が動作を決めており、ここを流れる電流と比べてTrのベース電流は1/5~1/10と小さいのでベース電流は当面無視して考えます。
通常RaとRbは等しく、2つの電源も同じ電圧なので回路は上下対称ですね。なので入力端子の電圧はGNDから見てちょうど0Vです。
Dは0.7Vの電圧を生じるので、a点の電圧は入力端子より0.7V高い+0.7V(GNDから見て)になり、b点は0.7V低い-0.7V(GNDから見て)になります。ここまではわかりますね。

Trは導通するためにはB-E間に0.7Vの電圧が必要です。NPN-TrではEから見るとBは+0.7Vとなります。逆にBを基準に考えればEは-0.7Vということです。
a点の電圧はGNDから見て+0.7VですからNPN-TrのEはGNDから見てちょうど0Vになります。
PNP-Trは導通するためにはEから見てBは-0.7V必要です。b点はGNDから見て-0.7VですからEは0.7V高い0Vになります。
2つのTrは「コレクタ接地回路」(エミッタ・ホロワともいう)と呼ばれる回路になっています。参考書等を見る際にはこの名称でも探してみてください。

質問者殿は「入力端子から流れ込んだ電流がTrのBに流れて・・・」と思っておられるようですが、間違いです。2つのTrのベース電流はRa、Rbが供給しています。この電流の一部がベースに流れるのです。
もし入力端子に何もつながない状態でRbが断線するとRaに流れる電流の全部がNPN-TrのBに流れ込むためTrは完全導通状態になりモーターはフルスピードで回ります。
もしDのどちらかが断線すると大変なことになります。2つのTrは共に完全導通してしまい破損します。短時間に大量の熱を出すためプラスチックパッケージなら爆発しますね。私も経験があります。
実はこの回路はかなりシビアな回路なのです。Dの電圧もB-E間電圧も0.7Vで説明しましたが、実際のB-E間電圧はもっと低いのです。ベース電流が小さいことからTrが導通するためには0.55~0.6Vで十分なのです。ということはご提示のままの回路ではRa、Rbの電流はDよりも両TrのBに流れ2つのTrは共に完全導通してしまい最悪の場合爆発します。
これを防ぐために両TrのEに数Ω程度の抵抗を入れたり、電圧の低いDを選んだりしています。
ではなぜこのようなシビアな回路にするのかというと不感帯をなくすためです。そのために両Trにはあらかじめわずかな電流を流しておかねばなりません。つまり導通するかどうかのギリギリのところで動作させるのです。

以下、トランジスタはTr、ベースはB、エミッタはE、コレクタはC、ダイオードはD、抵抗はR と略記します。

この回路は左側のRa-D-D-Rb直列回路が動作を決めており、ここを流れる電流と比べてTrのベース電流は1/5~1/10と小さいのでベース電流は当面無視して考えます。
通常RaとRbは等しく、2つの電源も同じ電圧なので回路は上下対称ですね。なので入力端子の電圧はGNDから見てちょうど0Vです。
Dは0.7Vの電圧を生じるので、a点の電圧は入力端子より0.7V高い+0.7V(GNDから見て)になり、b点は0.7V低い-0.7V(...続きを読む

Qトランジスタの型名を知りたいのですが

使っている電子機器が中国製で、調子がわるくなったのですが、使っているトランジスターの型名に
「9013 1LF」としか表示がありません。
これは日本の型でいうと 例えば、2SC何とかという型名が知りたいのですがわかりますでしょうか?
すみませんがよろしくお願いします。

Aベストアンサー

それはS9013というトランジスタじゃないですか。データシートはここ(http://pdf1.alldatasheet.jp/datasheet-pdf/view/54741/FAIRCHILD/S9013.html)です。特性は日本の 2SC2120 (http://www.semicon.toshiba.co.jp/openb2b/docget.jsp?type=watermark&pid=2SC2120&lang=ja&path=2SC%2F2SC2120_ja_wm_20071101.pdf)と同等でのようですが、リード線の配列が異なるので注意してください(S9013 は向かって左から EBC、2SC2120 は ECB)。

1LFの意味はちょっと分かりません。電流増幅率が F ランク(hFE = 95-135)でしょうか。だとしたら、2SC2120 の対応ランクはO(オー)になります。2SC2120 は秋月電商(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02732/)にありますがYランクだけです。千石電商もYランクだけ(http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php?multi=2120&cond8=and&x=11&y=7)ですが、Yランクでも使えると思います。

それはS9013というトランジスタじゃないですか。データシートはここ(http://pdf1.alldatasheet.jp/datasheet-pdf/view/54741/FAIRCHILD/S9013.html)です。特性は日本の 2SC2120 (http://www.semicon.toshiba.co.jp/openb2b/docget.jsp?type=watermark&pid=2SC2120&lang=ja&path=2SC%2F2SC2120_ja_wm_20071101.pdf)と同等でのようですが、リード線の配列が異なるので注意してください(S9013 は向かって左から EBC、2SC2120 は ECB)。

1LFの意味はちょっと分かりません。電流増幅率が F ランク(hFE = 95-135...続きを読む

Qバイポーラトランジスタを使ったDCモータ駆動回路について

下記のような仕様のDCモータ駆動回路を作っています。
■最大連続電流:8A
■最大入力電圧:50V
■PWM周波数:1kHz
■回転方向:正回転のみ
■回生動作あり

以上の仕様を満たすため、添付画像のような回路を作って試験動作を行いました。モータをつながない無負荷試験では正常に電圧もでました。しかし、モータをつなげたところ、数秒モータが回転したところで壊れてしまいました。(Q7が短絡モードで壊れ、モータが全開回転を続けるようになってしまいました。)Q7,Q8にはヒートシンクをつけてあったので、熱的には大丈夫だと思っていたのですが・・・
おそらくは、バイポーラトランジスタの駆動回路に問題があるのではないかと思い、いろいろ調べたのですが、よくわかりません。そもそもバイポーラトランジスタの使い方はあまり詳しくなく、ネットを見ながら作ってみました。FETのほうが簡単だったかもしれないのですが、せっかくここまでやったので、バイポーラでがんばってみたいと思います。
何かアドバイスを頂けると幸いです。

Aベストアンサー

回答NO.2です。いきなり新しい回路を提案しましたが、らまちゃ さんの添付された回路をもうちょっと詳しく検討してみました。

1)OPアンプLM2902の出力電圧はOPアンプの供給電圧が5Vの場合3.5V程度までしか上がりません。
 その結果Q5,Q6のベース電流が足りなくなります。Q5,Q6のベースーエミッタに並列にそれぞれ16kΩが接続されてるのでQ5,Q6のベース電流IB5とIB6は

   IB5=IB6=(3.5V-0.7V)/2kΩ-0.7V/16kΩ=1.36mA

 この電流では少なすぎるように思います。
  最終段のPNPトランジスタQ7がONの時に必要なコレクタ電流IC7は最大8A流さなければなりません。またQ7がONの時にQ7のコレクタ-エミッタ間の飽和電圧VCEsatは極力小さくしなければなりません。そうしないとQ7の電力損失が大きくなりすぎてしまいます。VCEsatを十分小さくするためにはベース電流IB7を少なくともコレクタ電流の1/20以上流さなければなりません(通常これをベースのオーバードライブと言う)
 したがって最低限必要なIB7はIC7max=8Aとして

   IB7>=8A/20=400mA

となります。
 したがって、トランジスタQ5のコレクタ電流IC5がQ7のベース電流になりますから、IC5はIC5=400mA以上必要だということになります。
(※Q5にはICに400mA以上流せるトランジスタが必要になります。)
  Q5のhFEが例えば100ならばQ5のベース電流IB5は

   IB5>=400mA/100=4mA

以上必要になります。ですから、回路のIB5の設定は不十分だということになります。抵抗R4に必要な値は

   R4<=(3.5V-0.7V)/4mA=700Ω→680Ω

と求まります。余裕を見てR4は510Ωにした方が良いでしょう。

それから、IB7に400mA以上流さなければなりませんから抵抗R6は

   R6=(50V-0.7V)/400mA=123Ω → 120Ω

に変更する必要があります。

以上の変更をする前のオリジナルの回路定数の状態でシミュレーションした結果を添付しました。
 シミュレーション結果は上から順に
  入力信号V(IN)   5Vの1kHz、ONデューティー70%
  2段目のOPアンプ出力V(out_op)
  トランジスタQ5のコレクタ電圧波形V(c_q1)
  トランジスタQ7の電力損失波形
  トランジスタQ7のコレクタ電流波形Ic(Q3)
  トランジスタQ8のコレクタ電流波形Ic(Q4)
  モータードライブ出力電圧波形V(mot_out)
この結果から
 1)トランジスタQ7の電力損失
    平均     :16.5W  これは非常に大きい。簡単な放熱ではとても追いつかない値です。
    Q7gaONの時 :24W
 2)トランジスタQ7のVCEsat電圧
   モータードライブ出力電圧波形V(mot_out)から読み取ると 3.2V もあります。

Q7が壊れた原因は貫通電流よりこのVCEsat電圧が大きいことによる発熱ではないかと思います。

回答NO.2です。いきなり新しい回路を提案しましたが、らまちゃ さんの添付された回路をもうちょっと詳しく検討してみました。

1)OPアンプLM2902の出力電圧はOPアンプの供給電圧が5Vの場合3.5V程度までしか上がりません。
 その結果Q5,Q6のベース電流が足りなくなります。Q5,Q6のベースーエミッタに並列にそれぞれ16kΩが接続されてるのでQ5,Q6のベース電流IB5とIB6は

   IB5=IB6=(3.5V-0.7V)/2kΩ-0.7V/16kΩ=1.36mA

 この電流では少なすぎるように思います。
  最終段のPNPトランジスタQ7がON...続きを読む

Qトランジスタを使った回路やスピーカーマトリックスでセンターで定位してい

トランジスタを使った回路やスピーカーマトリックスでセンターで定位している歌手の声を消し去り、カラオケ状態にすることは出来るのですが、この逆は難しいですか?

簡単に説明すると

トランジスターでセンターで定位している歌手の声を、正位相と逆位相の信号を作って、

左右のスピーカーでそれぞれなっている楽器などをモノラル信号にして、2つのモノラル同一信号にそれぞれ歌手の正位相、逆位相にした信号をミックスすれば出来るのかな~と思いました。

そうすれば、楽器の音が小さくなり、声が強調されるとおもいますが、

たぶん無理かも、こればかりはやってみないと何とも言えませんね・・・

Aベストアンサー

5本のスピーカーマトリックスの接続の仕方は分かりますか?
↓のサイトの下のほうに配線図があります。
http://www2.nkansai.ne.jp/hotel/nakanou/mx-5.1.htm

センターSP、フロントSP×2、リアSP×2で構成されます。
これのセンターSPを外すとあなたのおっしゃっているように、カラオケ状態になります。
逆にフロントSP、リアSPを外すと歌手だけになりますが、フロントを外すとセンターSPのつなぐ場所がなくなってしまいますので実際にはムリです。
そこで(ここからは私の空想ですが)スピーカーの代わりに普通の抵抗器(SPと同じ抵抗値)をつなぎます。
フロント、リアともに抵抗器に置き換え、センターはそのままです。
そうすると事実上センターからは、ほぼ歌手の声しかでません。
理由はあなたがおっしゃっているように、位相が関係してきます。

Qオペアンプの負帰還回路の反転増幅回路について質問です。 添付図で非反転入力端子は接地されているので、

オペアンプの負帰還回路の反転増幅回路について質問です。
添付図で非反転入力端子は接地されているので、反転入力端子に正の入力電圧が入った場合、出力Voはa点が0Vとなるように動作すると書いてあるのですが、そこでV1が入力されてa点が0Vになるには、すべてR2で電圧降下させなければならないので、R2に流れる電流はV1/R2と言うのは分かります、しかしその電流はR1にと流れるのでR1の電圧降下がa点の電位となってしまうのではないのですか?
a点の電位はどう考えたら良いのでしょうか。
アドバイス宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

> しかしその電流はR1にと流れるのでR1の電圧降下がa点の電位となってしまうのではないのですか?
V1としてプラスの電圧が加わると、出力Voはマイナスの電圧になります。
R2に流れる電流とR1に流れる電流は同じ値です。
a点の電圧をVaとすると、Vo = Va - R1 × V1 / R2 となります。
通常Va=0 ですから、Vo = - R1 × V1 / R2 つまりマイナスの値になります。(図bの数式になる)


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