arduinoでトランジスタ入門

電子工作 arduino

研究室にある「わかる！電子工作の基本100」「電子工作の素」の内容をベースに解説していきます

わかる!電子工作の基本100

わかる!電子工作の基本100

作る・できる/基礎入門 電子工作の素

作る・できる/基礎入門 電子工作の素

目的

  • arduinoから流せる電流よりも大きい電流・電圧が必要なものを制御する
    • DCファン、電磁石、リレー、ペルチェ素子など
    • arduino UNOのデジタルI/Oピンからは20mA程度の電気が流れる
      • 40mA以上流すと壊れる
  • トランジスタやFETを用いて流せる電流を「増幅」する
    • 小さい電流を（文字通り）増幅して大きくする ❌
    • 小さい電流を制御して大きな電流を制御する 　⭕️
      • 結果として流せる電流は増える ＝ 「増幅」
  • トランジスタ/FET は言わば電子的なスイッチのようなもの
    • スイッチのON/OFFをarduinoから制御できる！

トランジスタ

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  • 平らな面を正面にして、左から エミッタ(E)、コレクタ(C)、ベース(B)と呼ぶ
    • 「エクボ (E, C, B)」と覚えるとわかりやすい
    • ごくたまに例外があるので注意
  • ベースに少量の電流を流すことで、コレクタ-エミッタ間に大きな電流を流すことができる
    • ほぼ比例の関係
  • NPN型とPNP型
    • 半導体のパターンの違いで、流れる電流の向きが異なる
    • 通常はNPN型を良く使う(2SC1825等)

p

2SC1815-GR

今回は最もポピュラーな2SC1815のGRクラスを用いて解説していきます。

データシートはこちら
その際に特に確認してほしいパラメータが以下です

  • コレクタ-エミッタ間電圧 Vceo
    • 最大で何Vまで使って良いか
    • 実際にはこれの1/2以下の電圧で使う
  • コレクタ電流 Ic
    • 最大で何mAまで流して良いか
    • これも実際は1/2以下の範囲で使う
  • 直流電流増幅率 hFE
    • 何倍まで増幅できるか

実際にデータシートを見ると

  • Vceo: 50[V]
  • Ic: 150[mA]
  • hFE: 200~400（ここでは200とする）

とあるのがわかります

回路設計

トランジスタのドライブ回路はだいたい以下のように組みます
p

その際の重要なポイントが3点あって、

  1. 電流制限用の抵抗R1を入れる
    ONした際にベースに電流が流れ過ぎないように抵抗を入れます
    ここの抵抗値を変えることによって、トランジスタで増幅する電流を変えることができる（詳しくは「電子工作の素 p154~」）

  2. 出力の安定化のために抵抗R2をはさむ
    マイコンでトランジスタを用いる場合、電源ON直後にはトランジスタがONでもOFFでもない不安定な状態になることがあります。これを防ぐために、ベースからGNDに逃がす用に抵抗を入れます
    基本的には R1≦R2 となるようにするが、だいたい10kΩくらいでよい

  3. コイルを使う場合には逆起電力対策のダイオードを入れる
    モータやリレーなどのコイルを扱うときには、逆起電力に注意する必要があります
    これは電源ON→OFF時に逆向きの高い電圧が発生してしまい、トランジスタが壊れる可能性があります
    その対策として、コイルの両端に整流用ダイオードを並列につなぎます

p

実習

トランジスタを使ってLチカしてみましょう
【追記】回路に間違いがあったので修正しました(12/21) f:id:genkitoyama:20161221233606p:plain

arduino側は、exampleのblinkを書き込んでおきましょう

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  delay(1000);
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(1000);
}