■ トランジスタ経由のLED電流量について ■

質問

画像にある回路、LEDの電流量の算出方法を教えてください。
なお、必要な数値は以下として仮定します。

電源6V
LED順電圧1.9V
可変抵抗器0Ω
コレクタ・エミッタ間32mA
LEDのR3は220Ω

よろしくお願いいたします。

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回答No.7

teppou · ベストアンサー

No.2,5です。補足にお答えします。

　補足質問の前半はその通りです。

　後半については、トランジスタの特性を勉強していただくしかないのですが、簡単に説明してみます。

　トランジスタは、ベース電流を一定にして、コレクタ・エミッタ電圧を変化させても、コレクタ電流はあまり変化しません。
　しかし、コレクタ・エミッタ電圧をごく低くすると、電流は急に小さくなります。

　画像の回路のように最大 18.6mA しか流れない回路で 32mA 流せるようにベース電流を調節すると、18.6mA に対応する電圧は非常に小さくなります。
　この状態を、飽和と言います。

お礼

解説ありがとうございました。
トランジスタの概略が分かりました。
飽和状態については、勉強してみます。

回答No.6

kimamaoyaji

非常に難しいです。
ベース電流最大（Vcc-Vbe)/Rb＝（6-0.6）/33KΩ＝160μAで
コレクター電流（Vcc-Df-Vce）/R3＝（6-1.9-0.1）/220Ω＝18mAとなり
トランジスタの電流増幅率Hfe=100だとすると160μAでは理論的には、飽和電圧は16ｍAまで0.1V、実際はもっと流せないでしょう、つまりベース電流0.16ｍAでは駆動できる電流で無い無論可変抵抗を使えばさらに電流は減るのでVceSatは上昇しますからLEDに流れる電流は変動してしまいます、またトランジスタの温度特性からして、電流値は温度変化の影響を大きく受けるので。
＞コレクタ・エミッタ間32mA
といってもダイオードのIfもしくはトランジスタのIcで電流値を仮定した所で、電流制限抵抗からして32ｍAなどという電流は流れません。
＞可変抵抗器0Ω
ってどういう意味でしょう1、3間が0Ω（0Ωの可変抵抗器？）ならVbeは0なのでIbは流れませんからIc=0となりLEDに電流は流れません。
また回路図とは違いますがトランジスタがダーリントンならHfe＝500とか可能なので18ｍAは流せます。
32ｍAが必要ならR3は（6-1.9-0.1）/0.32＝125Ωという事になります、またRbも3.3KΩ程度まで落とした方が良いでしょう（Hfe=100は最大値ですからHfe=10にして置けば、マージンが取れるので、どの電流ランクを持ってきても大丈夫です、ただし、これはトランジスタがHfe=100の場合で20とかなら、もっとベース電流を増やす必要があります。

お礼

ご協力ありがとうございます。
詳しい解説ありがとうございました。

回答No.5

teppou

No.2です。補足にお答えします。

　コレクタ・エミッタ間に本当に 32mA 流れているのであれば、同じ電流が、LED にも R3 にも流れます。
　そうでなければつじつまが合いません。
　一本の導線に流れる電流は、どこでも同じです。

　ただし、No.4の方の回答が正しく、この回路では最大 18.6mA の電流しか流れません。

　計算上トランジスタに 32mA の電流が流れるという結果が出たという事は、それだけの電流を流せる状態であるという事で、実際に流れているというわけではありません。

　この回路では、コレクタ・エミッタ間の電圧がごく小さくなっているという事です。

お礼

ご協力ありがとうございます。

補足

トランジスタの電流増幅について大きな誤解が私にはあったようですね。
つまり、トランジスタで最大で32mAまで流せる状況を、ベース電流で調節してあっただけで、実際は、LEDの18.6mAが流れているということで宜しいでしょうか？

また、「この回路では、コレクタ・エミッタ間の電圧がごく小さくなっているという事です。」という解説なんですけど、計測で確かに電圧は低かったです。
計測値は約0.1Vでした。これはエミッタがアースに直接接地されている為でしょうか？
なぜ電圧が低いのかこちらの解説もお願い出来ますでしょうか？

回答No.4

tadys

「コレクタ・エミッタ間32mA」というのはどこから出てきた数字ですか？

電源6V
LED順電圧1.9V
LEDのR3は220Ω
上記の条件であれば、コレクタ・エミッタ間をショートしたとしても
（６V－１．９V)÷２２０Ω＝１８．６ｍA
しか流れないのですが。

お礼

ご指摘、大変失礼しました。

補足

すみません。テキストで分からないことを聞いているところです。
ベース・エミッタ間の電圧降下を0.6Vと仮定し、可変抵抗器100KΩのダイヤルが0Ωを指している時、可変抵抗器からアースへ流れる電流が0.6uAとなりますので、ベースには157uAが流れます。
電流増幅率が200と仮定すると、この時のコレクタ・エミッタ間の電流が凡そ32mAになり、質問にはそう記述しました。
他にご指摘の箇所がございましたら、お申し付けください。

回答No.3

koujikuu

#1補足
LEDの電流は抵抗によって決まります、（抵抗にかかる電圧が変わらなければ）
トランジスタはベース電流×増幅率hfeによって、コレクタ・エミッタ間に流すことが出来る最大電流が決まります,2SC1815 MAX150mA
（抵抗というバルブを閉めて電流制限しているものを、トランジスタのバルブを緩めても流れる電流は変わりません）

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

お礼

ご協力ありがとうございます。

補足

回答内容を基に電流量を図にしました。
こんなイメージでしょうか？

─[LED]─[R]─[Q1]━━
│
│

LEDの電流は15.9mA、トランジスタでは、コレクタ・エミッタ間32mAが流れている。
「抵抗というバルブを閉めて～中略～」の解説から、トランジスタは単なるスイッチの役目しかなく、LEDの電流量を計算する時には、トランジスタに流れる電流量は無視して良い、ということでしょうか？

回答No.2

teppou

「可変抵抗器０Ω」の意味が分りませんが、「コレクタ・エミッタ間３２ｍA」なら、LED にも３２ｍA流れます。

お礼

ご協力ありがとうございます。

補足

すみません、可変抵抗器100KΩにダイヤルで0Ωにした時の状況になります。
LEDにも32mA流れるというと、LEDの下にある抵抗220Ωは影響がないのでしょうか？

回答No.1

koujikuu

LEDによる電圧降下1.9V,トランジスタによる電圧降下0.6V
6V-1.9V-0.6V=3.5V 抵抗に3.5Vかかります、オームの法則　電流×抵抗＝電圧　より
電流×220Ω=3.5V 電流=0.0159A=15.9mA LEDに流れる電流　（トランジスタON時）

http://q.hatena.ne.jp/1235655453
http://akizukidenshi.com/download/led-r-calc.pdf

お礼

ご協力ありがとうございます。

補足

回答内容から、LEDの電流は15.9mA、コレクタ・エミッタ間32mA、トランジスタの電流の影響は電圧降下の0.6Vだけで電流量には影響がないのでしょうか？
LEDからトランジスタで突然32mAが流れるというイメージでしょうか？