NPNとPNPを用いた回路の計算方法について

質問

ノイズの混じった信号の波形整形をするために、NPNトランジスタとPNPトランジスタ２つを使い、PNPのコレクタから信号出力をしたいと考えています。

NPNに関しては、これまで何度も使用してきましたので問題ありませんが、PNPについては曖昧です。

PNPのベースとNPNのコレクタを繋ぎ、電流を引き込むことになりますが、このときの計算方法はどのようにすれば良いのでしょうか。

（PNPベース～NPNコレクタに流れる電流）×（PNPの増幅率）＝（PNPのコレクタに流れる電流）
とすれば良いのでしょうか？仮にNPN、PNP共に増幅率が100としたら、NPNのベース電流は、PNPのコレクタ電流の1/10000倍の大きさとなるのでしょうか。

よろしくお願いします。

回答No.4

tance · ベストアンサー

再度tanceです。ちょっと補足させてください。

イグニッションのドライブは大電流なので、それこそダーリントンのトランジスタで
ドライブしていることがあるかもしれません。（高速性から言うとダーリントンは
不利なので、ダーリントンではないかもしれません）

ダーリントンだとすると、イグニッション信号の"L"が1.2Vくらいあることが
あります。こうなるとカウンタ電源が3.3Vだったりしたとき、これは"L"なのか
"H"なのか判定不確定なレベルということになります。このような場合は
動作が不安定になります。

もし単にダイオードとプルアップ抵抗だけではうまくかない場合は、
1Vくらいの電圧をマイナス方向へシフトしてあげないとカウンタに
適した信号になりません。

このあたりは、実際の波形によって「レベル合わせ」が必要です。
ダイオードとプルアップ抵抗でうまくいく確率は75%くらいでしょうか・・・。

お礼

細部までありがとうございます。

近いうちに製作します。
仮になんらかの理由、原因で動かなかった時には、再度投稿すると思いますので、その際はまたお教えくださればと思います。

回答No.3

tance

tanceです。
回路はちょっと違います。1kΩの行き先はカウンタの電源です。
イグニション系の回路と、カウンタ回路の共通電位はGNDである
はずです。電源電圧はそれぞれ違う訳です。（イグニッション=6V?12V?
カウンタ=5V? 3.3V）　そうするとイグニッションの波形はGND～高圧
ですので、カウンタに安心して与えられるのはGNDレベルだけと
なります。では"High"はどうやって与えるのかですが、"H"は"L"でない
という意味ですから、ダイオードが非導通のときは1kΩの抵抗で
確かな"H"をカウンタに与える、という動作です。

回答No.2

tance

イグニッション信号をタコメータに使おうということですね。
これは高圧コードにピックアップ線を巻き付けるのが一般的だと
思うのですが、確かに信号の少なすぎや多すぎがうまく調整できず
誤動作する危険性があります。

一方、イグニッションコイル１次側やピックアップコイルから取る
方法は、それに比べれば間違いないはずです。単純につないだ
だけでは動かないかもしれませんが、信号の大きさをきちんと
整えてやれば安定して動くのではないでしょうか。

ちゃんとやるには、イグニションコイルの波形をオシロで見る必要が
あります。また、タコメータ（カウンタ）の入力信号としてどのくらいの
電圧範囲なら動くのかを調べ、両者が合致しない場合は合わせる
回路を必要とします。

信号調整回路は単純にトランジスタで済むこともあるし、面倒な
回路になることもあります。多くの場合、カウンタとイグニションコイル
の間を高耐圧高速ダイオードでつなぎ、カウンタ側にプルアップを
施せばうごくと思います。（ダイオードはカウンタ側がアノード）

ダイオードの品種は、耐圧400Vくらい、電流は数10mV以上あればOK、
スイッチングスピードとしてtrrという数値が1μsec以下くらいのもの
なら使えると思います。ダイオードと直列に100Ωくらいの抵抗を
つなぐ方が誤動作が減るかもしれません。

プルアップ抵抗は1kΩくらいで良いでしょう。10kΩ台だと動きますが
ノイズに弱くなったり、高回転の追従が悪くなることがあります。

インバーテッドダーリントンはおそらくこの場合、ちょっとお門違い
でしょう。

お礼

度々ありがとうございます。

カウンタ側がアノードということから、イグニッションからカウンタへ電流が流れるのに対して、逆方向を向けろということだと思うのですが、それで成り立つものなのでしょうか？ツェナというのであれば理解出来るのですが、知識不足のため理解し難いです（汗）

ご回答頂いた内容を再現すると、以下の通りで良いのでしょうか？

カウンタ（タコメータ）
　　　　｜
　　　　｜----------------□（抵抗1KΩ）---------GND
　　　　｜
　　　　▼（高速ダイオード）
　　　　｜
　　　　□（抵抗100Ω）
　　　　｜
　イグニッション

回答No.1

tance

基本的にはそのとおりです。ただ、実際には電流増幅率自体が電流の大きさで
変わるので、一般的に計測される電流増幅率をそのまま計算に使うと
誤差が大きくなります。（10000倍も増幅されるので、初段のNPNは相当
小さい電流で使うことになるから）

以上は、理屈です。
実際は、質問のような直結の使い方はほとんどされません。インバーテッド
ダーリントンという回路がありますが、これが近いです。

使い方によっては、初段のNPNのコレクタ電流が大きくなるとコレクタ電力
も大きくなり、壊れてしまうとか、PNPのベース許容電流をオーバーして
しまうなど、簡単にはいきません。

それと、ノイズを含んだ信号を整形する用途のようですが、ただアンプ
しただけではノイズの影響が減らせるとは限りません。もう少し具体的に
やりたいことを示していただけると、回答しやすいです。回路の前に
必要機能の明確化と、狙っている動作原理や制限事項やポリシー
などが解ると問題がクリアになります。

お礼

参考になります。ありがとうございます。

バイクのイグニッションコイルまたはピックアップコイルからの出力を、タコメーターの信号として送りたいと思っています。タコメーター自体がトランジスタ点火車向けに作っているようで、CDI点火車ではプラグコード巻きつけを奨励しているようです。

同車種でCDI点火車に乗っている人のサイトを見たのですが、イグニッションコイルやピックアップコイルからの信号では動かない、プラグコードからでは正確性に欠けてしまうとのことでした。信号を変換したり波形整形してあげられれば、イグニッションコイルやピックアップコイルからも取れるのではと考えた次第です。

ご回答頂いた内容から、さっそくインバーテッドダーリントンについて検索したのですが、ベース側にあるトランジスタがNPNであれば全体がNPNに相当する、ベース側にあるトランジスタがPNPであれば全体がPNPに相当するということでしょうか？

度々申し訳ありませんが、よろしくお願い致します。