上がり続ける電流

質問

こんにちは、
最近、電気回路を学び始めて、回路を作ってみたのですが、どうも様子がおかしく原因も良く分からないので質問させて下さい

作った回路はHブリッジ回路です。素子は上段にPNP型、下段にNPN型トランジスタを使用しています。そしてPNP、NPNのそれぞれにNPNの高周波用トランジスタ？(C１８１５)を付けています。ちなみに、５V信号で回路は動作するようになっています。左上段をに５V信号を送り、左下段には０V信号を送り、右上段には０V信号を送り、右下段には５V信号を送ると右回転、０→５、５→０に変更すると左回転します。
上段の回路と下段の回路はそれぞれ別々に作りきちんと動作をしていた時の物を回路図に起こし、それをもとに作っているので回路の方は合っているはずなのですが、いざ動作させてみると、電流がだんだん上昇していき(通常０．１５A程度ですが今回は３．５A位まで上昇)、素子が熱をもつようになりました。しかもモーターは通常の回転ではなくかなり低速のように思えます何度やっても同じ結果になってしまいます…
どうしてなのでしょうか？　また、学習する上で分かりやすいサイトってありますか？トランジスタの動作や増幅について勉強してみたいのですが…よろしくお願いします

回答No.6

KEN_2 · ベストアンサー

ANo.3/4 です。

「回答へのお礼」と追加の質問について気になった事項を連絡します。
＊＊これをもって私の最終回答とさせていただきます。
　別の問題があれば追加の質問か、新規でスレを立ててください。

>トランジスタってどのくらい持つのでしょうか？？結構使い回しだったような…
普通に使えば半永久的に使えますが、オーバーロードで使用すると劣化します。
下記は上段(B1381)/下段（D2012)のB-E間劣化と、NPNの高周波用TrのC-E間が劣化します。
以下、コレクタ；C、ベース；B、エミッタ；Eとし、NPNの高周波用トランジスタ；NPNの高周波用Trと表現させていただきます。

>まず、上段(B1381)にベースにNPNの高周波用トランジスタのコレクタが接続されています。次に下段（D2012)のベースにNPNの高周波用トランジスタのエミッタが接続されています。

＊上段(B1381)のベースとNPNの高周波用TrのC間と、下段（D2012)のベースにNPNの高周波用TrのC間の百数Ω程度の抵抗を挿入する必要があります。

理由
＊上段NPNの高周波用TrのEはGNDに、下段NPNの高周波用TrのCは5Vに接続されていると判断します。
１．上段/下段のTrのE-B間とNPNの高周波用TrのC-E間が動作時に、短絡電流が流れて劣化します。
２．各端子間の動作電圧は、C-E間；0.2V以下、B-E間；0.6Vが通常で非動作時は電源電圧かGNDの0Vとなります。
３．上段E-B間；0.6V、NPNの高周波用TrのC-E間；0.2Vで電源電圧5V時0.8Vしか分担しないので4.2V分が過大電流となり電流制限の抵抗を挿入の必要があります。
４．電流制限の抵抗の値の求め方
　上段/下段のTrのhfe（電流増幅率）を150と仮定して、上段/下段のE-C間電流を最大5Aと仮定して、（定常時は；0.15Aでしようが・・・）
　電流制限の抵抗は、5V-0.6V-0.2Vから4.2Vで、5A/hfe x2で0.1AをE-B間に流す必要があるので、4.2V/0.1Aは82Ω→約100Ωを挿入する必要があります。
５．上段/下段のTrの切換え時の貫通電流保護に電源→上段TrのE間と下段のTrのEとGND間に1Ω（以下/2W）程度の抵抗を挿入すると安心でしょう。
（無くとも良いですが、万が一の保護抵抗です。）
＊先のOPアンプの回路でR5/R6の100Ωの抵抗に相当します

# 実験と失敗の繰り返しで理論の裏付けが得られますので、学業と共に頑張ってください。

お礼

お返事ありがとうございます！！！
お礼が遅れてしまいすみませんでした
下段が熱をもつようなので素子(C1815)を取り外してブレットボード上でLEDの点滅回路を用いてチェックしてみたら本来の動きと全く逆の事をしている奴を発見しました。他にもLEDが最初から点灯していて信号を送ると光度を増すといった不思議な動きをしている奴を見つけました。そこを改善したところ正常な動作をしてくれました。

何時も詳しい回答解説、ありがとうございます。とても勉強になったと思います。おかげさまで回路のほうも無事動きました。これから先も、もっと勉強をかさねていこうと思います。

回答No.5

walkingdic

まずＰＷＭ変調はかけていないのですよね？
単純にご質問に書かれているように正転／逆転動作をさせているだけですね？

まずＨブリッジで一番初めに疑うのは貫通電流が流れていないかどうかです。
貫通電流とは、平たく言うと同じサイドの上段と下段が両方ともＯＮになるときに流れる電流です。

たとえば正転でＯＦＦになるべきＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を見てください。
ハイサイドのＰｃｈのゲート電圧がきちんと高くなっているか。（ソースと同電位程度）
ローサイドのＮｃｈのゲート電圧がソース電位付近まで落ちているかどうか。

特に徐々に悪くなるとのことなので、時間経過をみてください。
多分そうなっていないと疑われるので。

ゲート電圧が適切になっていない場合は、その前段であるトランジスタ(2SC1815,別に高周波用ではなく一般的なトランジスタです）の駆動回路に問題があります。

ＰＷＭをかけている場合は、オシロで観測しないとわかりません。

お礼

お返事ありがとうございます！！！
お礼が遅れてしまいすみませんでした
下段が熱をもつようなので素子(C1815)を取り外してブレットボード上でLEDの点滅回路を用いてチェックしてみたら本来の動きと全く逆の事をしている奴を発見しました。他にもLEDが最初から点灯していて信号を送ると光度を増すといった不思議な動きをしている奴を見つけました。
＞＞＞まずＨブリッジで一番初めに疑うのは貫通電流が流れていないかどうかです。
はい、ご指摘いただいた通り貫通電流があったと思われます。先に書いたような不審な動きをしている奴らが下段に潜んでいました。
すぐに新品の物と取り換えたところ回路が正常な動作をしてくれました。

回答No.4

KEN_2

文面を良く読んだら、　
>Hブリッジ回路です。素子は上段にPNP型、下段にNPN型トランジスタを使用しています。
から、先の「PNP型/NPN型の構成を上下逆に組み合わせ」は実行されているのが分かりました。
（読み間違えしました。・・・・）

モータとの接続部分は下記のTR5/TR6/TR7のようになっていると判断します。
http://cba.sakura.ne.jp/index.htm#参考資料の小部屋⇒ビギナーズ・セクション
⇒表２　⇒1997 11 219 「第11回　トランジスタによるＯＰアンプの製作」の⇒回路図
（トップ頁からリンクを辿ってください。）
＊OPアンプの回路ですがPNP型/NPN型の組み合わせを参照してください。）

１．先のモータ両端の電圧は、4.6Vから4.8V程度の筈です。
２．GNDに対して左側の電圧が4.8V程度、右側が0.2V程度となります。
３．電圧が低いのであればベース電流が不適切かバイアス方法に問題があります。
４．ベース側の駆動回路を検討してください。

お礼

お返事ありがとうございます！！！！
＞１．先のモータ両端の電圧は、4.6Vから4.8V程度の筈です。
２．GNDに対して左側の電圧が4.8V程度、右側が0.2V程度となります。
３．電圧が低いのであればベース電流が不適切かバイアス方法に問題があります。
４．ベース側の駆動回路を検討してください。

詳しくアドバイスしてもらえて非常に助かります！。
ちゃんと駆動できるまでの道のりは長そうですが頑張ってこうと思います。
そういえば、トランジスタってどのくらい持つのでしょうか？？結構使い回しだったような…

回答No.3

KEN_2

文面からHブリッジ回路は理解しましたが、負荷のモーターの仕様とベース側のドライブ定数の状態が不明です。

仕様確認
１．モータは3.8Vで回転可能で、
　5Vでの消費電流は0.15Aで、3.8V時はいくらですか？
　起動時の最大電流は3.5A程度ですね？
２．Hブリッジ回路のベース側抵抗値は幾等ですか？
　まさか0V-5Vの電源電圧とGNDへの直接接続か？
　C-MOS_IC出力の直接接続ではないですね？
３．PNP、NPNの各々にNPNの高周波用トランジスタはどの様に接続されていますか？

状況から・・・
１．モータの両端の電圧を確認しましょう。3.8V程度で安定していますね？
　5V-0.6V-0.6V　の3.8VでTrのB-E間電圧降下です。
２．右回転/左回転に設定時の各Trのベース電圧を確認してください。
　当然ですが右回転時；5V/0V、0V/5V ですね？

電源電圧の有効利用・・・・
＊TRの電圧降下が無視出来ない場合の対処方法
１．PNP型/NPN型の構成を上下逆に組み合わせB-Eの電圧降下を無視する。
　0.6Vx2　の1.2Vから、0.2V以下x2 の0.4V以下にする。（C-E間で電圧降下）
２．ベース側のバイアス抵抗を工夫する必要があります。

回路定数の考えかた
１．NPN型；ベースに直列に、出力電流/hfe x3　程度の電流制限抵抗を入れる。
２．PNP型；同上
＊参考に、電源電圧；5V、hfe；200　モータの最大電流；3.5Aとすれば、
　5V-0.6V、　3.5A/200 Ｘ3 17.5mA X3　でベースに50mA程度流す必要がある。
３．NPNの高周波用トランジスタの電流増幅率；250程度とすれば。
　NPNの高周波用 Tr に1mA程度のベース電流を流せば充分である。
＊x3 やhfeより多くの電流を流すのは、Trをスイッチング動作させるためです。

>学習する上で分かりやすいサイトってありますか？トランジスタの動作や増幅について勉強してみたいのですが

＊当方は、トランジスタ技術で勉強させてもらいました。
http://www.fujisan.co.jp/Product/1862
http://cba.sakura.ne.jp/sub05/refmgtr1.htm

お礼

お返事ありがとうございます！！！
穴だらけの質問ですいません…
先に、書き忘れてしまった部分について書かせて下さい。
上段のトランジスタ→B1381、下段のトランジスタ→D2012、安定化電源、を使用しています
＞仕様確認
１．モータは3.8Vで回転可能で、
　5Vでの消費電流は0.15Aで、3.8V時はいくらですか？
　起動時の最大電流は3.5A程度ですね？

安定化電源を使用していて、設定のほうは、メイン電源4.8V、3.0A　信号用は4.8V、0.05Aです。その状態で計測してたので3.8Vでは計測していませんでした。なおモーターを4.8V、3.0Aで設定されている安定化電源に直接つないだら0.15Aまでしかいきませんでした

＞２．Hブリッジ回路のベース側抵抗値は幾等ですか？
まさか0V-5Vの電源電圧とGNDへの直接接続か？

５V信号のときは1KΩを介しています。また、０V信号はGNDに直付けです

＞C-MOS_IC出力の直接接続ではないですね？
まだICを使う段階まで進んでいません…抵抗(信号側)にワニ口をつけてそれを信号用にセットした安定化電源につないでいます。

＞３．PNP、NPNの各々にNPNの高周波用トランジスタはどの様に接続されていますか？

まず、上段(B1381)にはB１３８１のベースにNPNの高周波用トランジスタのコレクタが接続されています。次に下段（D2012)ですが、D2012のベースにNPNの高周波用トランジスタのエミッタが接続されています。

＞＞状況から・・・
１．モータの両端の電圧を確認しましょう。3.8V程度で安定していますね？
　5V-0.6V-0.6V　の3.8VでTrのB-E間電圧降下です。
２．右回転/左回転に設定時の各Trのベース電圧を確認してください。
　当然ですが右回転時；5V/0V、0V/5V ですね？
これらについては、まだやってないのでやってみます。
勉強不足のためトンチンカンなことを書いてるかもしれませんがよろしくお願いします。
教えていただいたサイトを参考に勉強しようと思います。ありがとうございました

回答No.2

Daniel7357

作成された回路の回路図が提示されれば即座に回答できるのですが、
具体的な構成や回路定数が分かりませんので・・とりあえず

・TRが完全にONできているか
・モーターの逆起電力は問題ないか
・TRが逆TR動作していないか

ここらあたりをチエックすることをお勧めします。

補足

お返事ありがとうございます！！！
＞＞作成された回路の回路図が提示されれば即座に回答できるのですが、具体的な構成や回路定数が分かりませんので・…
すいません、質問したくせに肝心な部分を書き落としていました…
上段のトランジスタはD２０１２、下段のトランジスタはB1381
モーターはRC－260RAです。回路図は…すいません今の環境じゃ提示できませんでした…
＞＞・TRが完全にONできているか
＞＞・モーターの逆起電力は問題ないか
＞＞・TRが逆TR動作していないか
チェックしてみます！

回答No.1

myeyesonly

こんにちは。
モータにかかっている電圧は測定しましたか？

この回路で制御素子にトランジスタを使うと、ＯＮ時に、１個につき０．６V程度のドロップアウトが出ます。
これが二つ直列に繋がるので、乾電池一個分程度のドロップアウトが発生し、モータにかかる電圧がその分減ります。

低い電圧で実験してると、モータに十分な電圧が供給できず、その結果、モータは過負荷になったのと同じ状態になり大電流が流れる事が考えられます。

お礼

お返事ありがとうございます！！！
＞＞モータにかかっている電圧は測定しましたか？
…測定していません。

＞＞低い電圧で実験してると～
すいません、質問文のところに書き忘れてしまったんですが、安定化電源を２個使って一つはメイン電源4.8V、3.0Aで　もう一つは信号用で4.8V、0.05Aで実験しました。