39,258 views

1. やりたいこと

脱超初心者を目指し、
(10) コンデンサを知る
(11) トランジスタを知る
ではそれぞれの基本を学習した。

今回はその学習の成果として、コンデンサとトランジスタを使用した回路を組んでみたい。

見た目にわかりやすいテーマがよいので今回も LEDを使う。
今回は、コンデンサとトランジスタを使ってLEDを点滅させてみる。

2. 設計

(1) テーマの選定

こちらの資料を参考にさせていただいた。m(_ _)m
大学の教育実習のレポートのようなので、電子工作入門の真っ最中である自分にとって最適な教材だ。
http://ir.lib.u-ryukyu.ac.jp/bitstream/20.500.12000/25114/1/No80p095.pdf

(2) 回路図

今回のテーマの通り、コンデンサ１個とトランジスタ２個を使用している。
コンデンサの容量と抵抗の大きさは、実験中にいろいろと変えて点滅速度を調整してみる。

※こちらの回路図は、コンデンサの極性が逆です。
近いうちに図を描き直します。

※以下の疑問点も、↓ のお詳しい方のコメントを読むと解決します。
近いうちに本文を修正します。
※疑問点
1) コンデンサの向きはこれでよいのか？
放電時にコンデンサから NPNの Baseに電流を流したいのだからこれでよいと思うのだが…
似たような回路を掲載しているサイトでは極性を逆にしているものも多い。
どちらが正しいのか？ 要調査
2) コンデンサを GNDではなく LEDに繋げているのはなぜ？

(3) 解説

※こちらの解説は間違っています・・・
正しい解説は、↓ にあるお詳しい方のコメントをご参照ください。
近いうちに解説を書き直します。

超初心者が解説とはおこがましいが、忘れたときのために自分への解説を書いておく。

1) 電源ONすると
・電源投入時、PNPと NPNは OFF状態だ。
・このとき電流は R1のルートを流れる。
・そして Cがどんどんと電荷を蓄積し始める。→ 電圧・抵抗が上がる。
・NPNの Bは当該トランジスタの順方向電圧値を超えるまでは電流が流れない。

2) Cがお腹いっぱいになると
・Cの蓄電が進んで電圧が NPNの順方向電圧値を超えると、電流は R1から NPNの Bへ流れ始める。
・NPNの Bが＋の電荷を持ちベース電流が流れ始めると NPNが ONになる。
・NPNが ONになり NPNのコレクタ電流が流れ始めると PNPの Bが－の電荷を持つ。
・PNPの Bが－の電荷を持ちベース電流が流れ始めると PNPが ONになる。
・PNPが ONになり PNPのコレクタ電流が流れ始めると R2, LEDに電流が流れ始める。 → LED点灯

3) LED点灯すると
・PNPが ONになりこちらのルートを電流が流れ始めると、抵抗大の R1にはほとんど電流が流れなくなる。
・R1経由で電流を貰えなくなった Cは NPNの Bに向かって放電を始める。
・Cが放電し切ってしまうと NPNの Bが＋の電荷を持てなくなり NPNが OFFになる。
・NPNが OFFになると PNPの Bも－の電荷を持てなくなり PNPが OFFになる。
・PNPルートでの LEDへの電流供給がなくなる。 → LED消灯

これを繰り返すことにより LEDが点滅するメカニズムだ。
間違っている点は気付き次第修正しよう…

3. いざやってみる！

(1) ブレッドボード上にパーツを配置

センスを感じられない配置だが仕方がない。
指先がぶきっちょなので狭いところにキツキツに配置するのが苦手なのだ。

(2) いざ実装！

こんな感じで実装した。

只今点灯中！

(3) 前述の「解説」を検証

テスターでいろいろな区間を計測してみた。
オシロ or ロジアナで複数線を同時に並べてモニタリングしたいのだが、そんな高価なものは我が家には無い…

モニタリングした結果を以下につらつらと記しておく。

・LED点灯中は R1の電圧が大きく落ち込み、LED消灯後は R1の電圧が 3Vに回復した。
・LED点灯直後に NPNベース電圧が落ち込み、LED消灯後は徐々に回復する。
　→ これがNPNの順方向電圧を超えるとベース電流が流れ LEDが点灯する。
・コンデンサの容量を 100μFから 220μFに変更したら点灯時間が伸びた。
解説に記した通りの動作をしているようだ。

(3) 点滅周期を調整

・コンデンサの蓄電＆放電の時間が短いと LEDの点滅周期も短くなる。
・R1の大きさで Cに与える電流を調整できる。 → 蓄電速度を制御できる。
・Cの静電容量で蓄電＆放電の時間を調整できる。 → たっぷり貯められればなかなか消灯しない。
後日やってみる。

4. 所感

ゼロからこの回路を設計しろと言われたら絶対にできなかった。
天才秀才ではない平凡な自分なので、最初は何でも偉大な先人の真似事から始めるものと割り切っている。

いずれは自分で想像した物を作れるようになりたい。
３年後か、５年後か、１０年後か…
趣味の世界なので何年かかってもよいと思っている。

参考情報

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q11110895121
http://blendermappython.web.fc2.com/LTspice-relax/led/led.html

---