Tricky Circuit

NPN + LED

小さな信号で制御しよう。

小さなベース電流でLED電流を制御しよう。

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NPN · NPN型トランジスター
n-type / p-type / n-type. N–P–Nはn型、p型、n型という3つの半導体領域を表します。n型の多数キャリアは電子、p型は正孔です。ここでは小さなベース電流でLED電流を制御します。
LED · 発光ダイオード
Light-emitting diode. 順方向に電流が流れると発光する半導体部品です。この回路では抵抗が電流を制限します。
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実験台

回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。

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電流の道は二つ。

簡略NPN:増幅率100、VBE 0.7 V、飽和VCE 0.2 V、LED 2 V。仮定の値。

ベース電流はRbとB–E、コレクター電流はRcとLEDとC–Eを通る。飽和時はRcが電流を制限する。

難易度
  1. 組み立て · 点灯

    電源とベース信号を入れ、LED電流を5–20 mAにする。

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    Rb = 10 kΩ、Rc = 330 Ω。

  2. 探究 · 消灯

    電源を入れたままベース信号を切る。LED電流をゼロにする。

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    ベース駆動は5 Vと0 Vを切り替える。

  3. 自力で解く · 効率よく制御

    信号を入れ、飽和かつ8–12 mA、ベース電流≤0.20 mA。

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    Rb = 33 kΩ、Rc = 330 Ω。実物では増幅率のばらつきに余裕を持たせる。

追加の読み物と回路レシピ

小さな信号、別の電力経路

NPNの小さなベース電流でコレクター電流を制御します。LEDのエネルギー源は電源です。ベース信号はその経路を制御し、エネルギーを作るわけではありません。電子制御の出発点です。

Ib ≈ (Vin − 0.7) / Rb; Ic ≤ (5 − 2 − 0.2) / Rc

Rb = 10 kΩでベース電流は約0.43 mA。Rc = 330 Ωが飽和時のLED電流を約8.48 mAに制限します。モデルのコレクター・エミッター間電圧は約0.2 Vです。

増幅率は保証ではない

モデルの能動領域の増幅率は100。実際は部品、電流、温度で変わります。確実なスイッチには設計余裕が必要です。

入力を増やしても限界がある

飽和するとLEDの電流は主に抵抗と電源で決まります。ベース電流を増やしても、LED電流が常に100倍になるわけではありません。

グラウンドは共通の基準

別の信号源にはスイッチ回路と適切な共通基準が必要です。なければ「入力5 V」がトランジスターにとって意味を持たないことがあります。

避けたい落とし穴

モーターやリレーは大きなLEDではありません。誘導性負荷は遮断時に高電圧を生じます。適切なフライバック保護と電流定格が必要です。この保護は本実験では再現しません。

すでに飽和した状態でRbを小さくすると、LED電流は…

  1. 必ず2倍になる
  2. 主にRcで制限される
  3. ゼロになる
詳しく読む

ベース電流は増えますが、Rcと利用可能な電圧がすでにコレクター電流を制限しています。

信号で動く表示灯

ベース信号を切り替え、2つの電流を見よう。

約0.43 mAで約8.48 mAを制御します。2つの電流は別の経路を流れます。

駆動を減らしても同じ明るさ?

Rcを変えずベース電流を減らそう。

増幅率100の理想モデルなら約0.091 mAでも飽和します。実回路での動作保証ではありません。

Analog Devices:トランジスター段