トランジスタの使い方

回路でトランジスタを使用する方法を正しく理解していれば、電子機器とその原理の半分をすでに征服しているかもしれません。この投稿では、この方向に取り組んでいます。

前書き

トランジスタは3端子の半導体デバイスであり、3番目の端子での非常に低い電力入力に応答して、2つの端子間で比較的高い電力を伝導することができます。

トランジスタには基本的に2つのタイプがあります。 バイポーラ接合トランジスタ （BJT）、および 金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ （（ MOSFET ）

BJTの場合、3つの端子はベース、エミッタ、コレクタとして指定されます。ベース/エミッタ端子間の低電力信号により、トランジスタはコレクタ端子間で比較的高い電力負荷を切り替えることができます。

MOSFETの場合、これらはゲート、ソース、ドレインとして指定されます。ゲート/ソース端子間の低電力信号により、トランジスタはコレクタ端子間で比較的高い電力負荷を切り替えることができます。

簡単にするために、ここではBJTについて説明します。これは、BJTの特性がMOSFETに比べて複雑ではないためです。

トランジスタ（BJT）はすべての構成要素です 半導体デバイス 今日見つかりました。トランジスタがなければ、ICやその他の半導体コンポーネントはありません。 ICでさえ、特定のチップの機能を構成する何千もの緊密に編まれたトランジスタで構成されています。

新しい電子愛好家は通常、これらの有用なコンポーネントを扱い、意図したアプリケーションの回路として構成するのが難しいと感じています。

ここでは、バイポーラトランジスタを処理して実際の回路に実装する機能と方法について学習します。

スイッチのようなトランジスタの使い方

バイポーラトランジスタ 一般に、外部負荷または回路の関連する電子ステージへの電源をオンまたはオフに切り替えるためのスイッチとして基本的に機能する3リードアクティブ電子コンポーネントです。

トランジスタが次のように接続されている典型的な例を以下に示します。 エミッタ接地アンプ ：

これは、特定の負荷を制御するためのスイッチなどのトランジスタを使用する標準的な方法です。小さな外​​部電圧がベースに印加されると、トランジスタがオンになり、コレクタエミッタ端子間に大電流が流れ、より大きな負荷がオンになります。

ベース抵抗値は、次の式を使用して計算できます。

R_b=（基本供給V_b-ベース-エミッタ順方向電圧）x hFE /負荷電流

また、外部電圧の負または接地線をトランジスタの接地線またはエミッタに接続する必要があることにも注意してください。接続しないと、外部電圧がトランジスタに影響を与えません。

トランジスタをリレードライバとして使用する

私は以前の投稿の1つで作成方法についてすでに説明しました トランジスタドライバ回路 。

基本的には上記と同じ構成を使用します。同じための標準回路は次のとおりです。

リレーについて混乱している場合は、この包括的な記事を参照してください。 リレー構成に関するすべて 。

トランジスタを使用して調光器を点灯

次の構成は、トランジスタを使用して調光器として使用する方法を示しています。 エミッタフォロワ回路 。

可変抵抗器またはポットが変化すると、ランプの強度も変化することがわかります。私たちはそれを呼びます エミッタフォロワ 、エミッタまたは電球の両端の電圧がトランジスタのベースの電圧に従うためです。

正確には、エミッタ電圧はベース電圧よりわずか0.7V遅れます。たとえば、ベース電圧が6 Vの場合、エミッタは6-0.7 = 5.3Vなどになります。 0.7 Vの差は、ベースエミッタ両端のトランジスタの最小順方向電圧降下定格によるものです。

ここで、ポット抵抗は1 K抵抗とともに、トランジスタのベースに抵抗分割ネットワークを形成します。ポットスライダーを動かすと、トランジスタのベースの電圧が変化し、それに応じてランプの両端のエミッター電圧が変化し、それに応じてランプの強度が変化します。

トランジスタをセンサーとして使用

上記の議論から、トランジスタがすべてのアプリケーションで1つの重要なことをしていることに気づいたかもしれません。基本的には、コレクタエミッタの両端に大電流を切り替えることにより、ベースの電圧を増幅します。

この増幅機能は、トランジスタをセンサーとして使用する場合にも活用されます。次の例は、周囲光の違いを感知し、それに応じてリレーのオン/オフを切り替える方法を示しています。

ここでも LDR そして300オーム/ 5 k プリセット トランジスタのベースに分圧器を形成します。

300オームは実際には必要ありません。これは、トランジスタベースが完全に接地されないようにするために含まれているため、完全に無効化または遮断されることはありません。また、LDRの光強度がどれほど明るくても、LDRを流れる電流が特定の最小制限を超えないようにします。

暗いとき、LDRの抵抗は高く、300オームと5Kプリセットの合計値の何倍にもなります。

このため、トランジスタのベースは正の電圧よりも多くの接地側電圧（負）を取得し、そのコレクタ/エミッタの導通はオフのままになります。

ただし、十分な光がLDRに当たると、その抵抗は数キロオームの値に低下します。

これにより、トランジスタのベース電圧が0.7Vマークをはるかに超えて上昇することができます。トランジスタにバイアスがかかり、コレクタ負荷、つまりリレーがオンになります。

ご覧のとおり、このアプリケーションでも、トランジスタは基本的に小さなベース電圧を増幅しているため、コレクタのより大きな負荷をオンにすることができます。

LDRは、次のような他のセンサーと交換できます。 サーミスタ 熱感知用、 水センサー 水検知用、 フォトダイオード IRビームセンシングなどに。

あなたへの質問： LDRと300 / 5Kプリセットの位置を入れ替えるとどうなりますか？

トランジスタパッケージ

トランジスタは通常、特定のデバイスが埋め込まれている可能性のある外部パッケージによって認識されます。これらの便利なデバイスが同梱されている最も一般的なタイプのパッケージは、T0-92、TO-126、TO-220、およびTO-3です。これらすべてのトランジスタの仕様を理解し、実際の回路での使用方法を学びます。

小信号TO-92トランジスタを理解する：

BC547、BC557、BC546、BC548、BC549などのトランジスタはすべてこのカテゴリに分類されます。

これらはグループの中で最も基本的なものであり、低電圧および低電流を伴うアプリケーションに使用されます。興味深いことに、このカテゴリのトランジスタは、その多様なパラメータにより、電子回路で最も広く普遍的に使用されています。

通常、これらのデバイスは、コレクターとエミッターの両端で30〜60ボルトの電圧を処理するように設計されています。

ベース電圧は6以下ですが、簡単にトリガーできます。 0.7ボルトという低い電圧レベル 彼らの基地で。ただし、電流は約3mAに制限する必要があります。

TO-92トランジスタの3つのリード線は、次の方法で識別できます。

印刷面を私たちの方に向けて、右側のリード線がエミッター、中央のリード線がベース、左側の脚がデバイスのコレクターです。

更新：Arduinoでトランジスタを使用する方法を知りたいですか？ ここでそれを読む

TO-92トランジスタを実用的な設計に構成する方法

トランジスタは主にNPNタイプとPNPタイプの2種類があり、どちらも相補的です。基本的に、どちらも同じように動作しますが、参照と方向が逆になります。

たとえば、NPNデバイスはグランドに対して正のトリガーを必要としますが、PNPデバイスは指定された結果を実装するために正の供給ラインを基準にして負のトリガーを必要とします。

上で説明したトランジスタの3つのリード線には、明らかにパラメータを切り替えるための特定のアプリケーションで動作させるために、指定された入力と出力を割り当てる必要があります。

リードには、次の入力パラメータと出力パラメータを割り当てる必要があります。

ザ・ 任意のトランジスタのエミッタは、デバイスの基準ピン配列です。 、つまり、残りの2つのリード線がそれを参照して動作できるように、指定された共通供給基準を割り当てる必要があります。

NPNトランジスタは、適切に機能するためにエミッタリードに接続されたリファレンスとして常に負の電源を必要としますが、PNPの場合は、エミッタの正の電源ラインになります。

コレクタはトランジスタの負荷を運ぶリードであり、スイッチングが必要な負荷はトランジスタのコレクタに導入されます（図を参照）。

ザ・ トランジスタのベース は、負荷を流れる電流がエミッタラインを通過して回路を完成させ、負荷を動作させることができるように、小さな電圧レベルで印加する必要があるトリガー端子です。

ベースへのトリガー電源を取り外すと、すぐに負荷がオフになり、コレクターとエミッター端子間の電流がオフになります。

TO-126、TO-220パワートランジスタについて：

これらは、変圧器、ランプなどの強力で比較的強力な負荷の切り替えを必要とするアプリケーションに使用される中型のパワートランジスタであり、TO-3デバイスの駆動に使用されます。典型的な例はBD139、BD140、BD135などです。

BJTピン配列の特定

ザ・ ピン配置が識別されます 次の方法で：

印刷面を手前に向けてデバイスを持ち、右側のリード線がエミッター、中央のリード線がコレクター、左側のリード線がベースになります。

機能とトリガーの原理は、前のセクションで説明したものとまったく同じです。

このデバイスは、コレクターからエミッターまでの100mAから2アンペアの負荷で動作します。

ベーストリガーは1〜5ボルトの範囲で、切り替えられる負荷の電力に応じて電流が50mAを超えないようにすることができます。

TO-3パワートランジスタを理解する：

これらは、図に示すように金属製のパッケージで見ることができます。 TO-3パワートランジスタの一般的な例は、2N3055、AD149、BU205などです。

TO-3パッケージのリードは、次のように識別できます。

デバイスのリード側を手前に持ち、面積の大きいリードの横の金属部分を上に向けます（図を参照）。右側のリードがベース、左側のリードがエミッタ、デバイスの金属ボディがエミッタです。パッケージのコレクターを形成します。

機能と動作原理は小信号トランジスタで説明したものとほぼ同じですが、電力仕様は以下のように比例して増加します。

コレクター-エミッター電圧は30〜400ボルト、電流は10〜30アンペアです。

ベーストリガーは最適に約5ボルトで、トリガーされる負荷の大きさに応じて電流レベルは10〜50mAである必要があります。ベーストリガー電流は負荷電流に正比例します。

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