(25) 光センサーで暗くなったらLED点灯

投稿者: | 2018年5月3日

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1. やってみたいこと

光センサーを使用し、

暗くなったら LED点灯する回路

を作ってみたい。

2. パーツを調達

(1) 購入した物

秋月さんでこちらの 4個入り 100円の光センサーを購入してきた。

このセンサーは以下のように光に反応する。
・明るい → 抵抗値が小さい
・暗い  → 抵抗値が大きい

この特性を利用して「暗くなったらLED点灯」を実現してみたい。
参考資料

(2) 実測

我が家の窓際、明るい所で計測したら 2kΩ 前後だった。

同じ場所で、光センサーに黒いビニル袋をかぶせてみたら 22kΩ 前後だった。

指で光センサーを隠してみたら 14kΩ 前後だった。

3. 回路を考える

(1) 基本方針

トランジスタをスイッチにして LED点灯/消灯を制御する。

シンプルな LED点灯するだけの回路に、照度による ON/OFFスイッチを追加したいだけ。

すなわち…
光センサーの抵抗値の変化を利用して、トランジスタの VBE の大きさを制御する。

もっと具体的には…
上で計測した光センサーの「明るい ~ 暗い」の範囲内で、「VBEが C→E間開通の閾値を下回る←→上回る」
が起こるようにする。

(2) 使用するトランジスタの仕様

今回使用するトランジスタは、秋月さんで 10個 80円で購入した 2SC1815Y なる物だ。

IC すなわち LEDを流れる電流値は 20mAにしたい。
データシートに記載の下図より VBE には 0.8Vが必要みたいだ。
測定環境ではオーバードライブ係数が10とのこと。
自分の環境ではもっと大きくなるのでもうちょっと電圧が必要か…


http://akizukidenshi.com/download/2sc1815-y.pdf

つまり…
光センサーが「暗い」と判断したときに VBE が 0.8Vを超えるようにしたい。

このためには R3と直列に繋いでいる R2の抵抗値を決めなければならない。
この区間全体の電圧は 3.3Vなので、これを R2を挟む区間の電圧 V2 と R3を挟む区間の電圧 V3で分配することになる。

(3) R2に必要な抵抗値は?

以下の条件を満たす R2 を決めたい。
・V2 + V3 = 3.3[V]
・R3 ≧ 14[kΩ] の時に V3 ≧ 0.8[V]

V2, V3, R2, R3の関係式は以下の通り。

V2 + V3 = 3.3
V2 / R2 = V3 / R3

これらの式に既知の値 V3, R3を代入すると、
V2 = 3.3 – V3 = 3.3 – 0.8 = 2.5[V]
R2 = R3 x V2 / V3 = 14 x 103 x 2.5 / 0.8 = 43.8[kΩ]

よりも抵抗を小さくすればよい。

4. ブレッドボードに実装

テスターでは VBE をモニタリングしている。

R2は 43.8kΩ以下と算出したが、実装時は 47kΩの抵抗 1本を使用した。
ちょっと暗くなるかも…

(1) 明るいとき

VBEは 0.09Vだ。
当然 LEDは点灯していない。

(2) 暗いとき

VBEは 0.67Vだ。
目標の 0.8Vには届いていない…

覆いの中を覗くと LEDが少しだけ光っている…

5. 所感

LEDに 20mAの電流を流すことが出来ず、あんまり明るく光らなかった。
これは抵抗 R2の抵抗値を小さくすれば明るくなる。

が…
本来の使い方はそうではなく (20) トランジスタをスイッチに使う で実験したように

大きな外部電源で動作するデバイスのON/OFFを、低消費電力な回路上のトランジスタのスイッチで制御する

だと思う。

今回の実験回路であれば、LEDはトランジスタとは別電源で動いているはずなのだ。

なので…
今回は LEDが暗くても深追いはしない。

いずれ技術的な余裕が生まれてきたら深堀りしようと思う。
でないと挫折してしまう…

参考情報

ありがとうございます。 m(_ _)m
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/8645704.html
http://www.kotaden.com/stage5_2_index.html


カテゴリー: LED

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