トランジスタ・スイッチとLEDの点灯/消灯制御実験

1. 実験の目的

   バイポーラ・トランジスタがスイッチと同等の機能を有することの原理を確認し
   スイッチの機能を利用してLEDの点灯/消灯の制御を実現する。
   
   

2. 実験課題

   下記の項目について実験を行い、トランジスタ・スイッチ回路の動作を確認する。
   
   1. LEDの点灯/消灯制御実験
      
   
   

3. 実験回路

   1. LEDの点灯/消灯
      
      
   
   

4. 回路の動作

   1. ON動作時(LED点灯)
      
      入力電圧ViがHighレベル(Vih)のとき、トランジスタTrにはペース電流I_Bが流れ
      その結果、コレクタ電流Icが流れますが、トランジスタが飽和するまでIcを流すと
      コレクタ〜エミッタ間はスイッチのON状態と同様な状態となります。
      このため、発光ダイオード(LED)に電流が流れ点灯します。
      また、ベース電流I_BはLEDに流れる電流より小さくて済みます。
      具体的には、トランジスタの直流電流増幅率(h_FE分の1で済みます。
      
      
      
      
   2. OFF動作時(LED消灯)
      
      入力電圧ViがLowレベル(Vil)のとき、トランジスタTrにはペース電流は流れません。
      従ってコレクタ電流も流れませんが、これはトランジスタの遮断状態です。
      遮断状態ではコレクタ〜エミッタ間はスイッチのOFF状態と同様な状態です。
      このため、発光ダイオード(LED)に電流が流れなくなるため消灯します。
      
      
      
      
   
   

5. 回路の設計

   1. 設計条件
      
      (1)電源電圧(Vcc): 5V±0.5V
      (2)入力電圧(Vi)
      　Vih(min):2.0[V]
      　Vil(max):0.5[V]
      
      (3)入力電流(Ii)
      　Iih(max):任意
      　Iil(max):任意
      
      規定はしません。結果的にいくらになるかを計算します。
      
      (4)LED点灯時の電流(I_D):5[mA]
      (6)トランジスタ直流電流増幅率(h_FE):
      　h_FE(max):140
      　h_FE(min): 70
      
      トランジスタは2SC1815のYランクを使用します。
      
      (7)トランジスタのコレクタ電流の最大値(Ic(max)：10mA
      
      
      
   2. Rcの選定
      発光ダイオード(LED)の電流制限抵抗になりますので、この抵抗でLED点灯時に
      LEDに流れる電流が決まります。
      
      
      
   3. R_Bの選定
      トランジスタがONしたとき、十分飽和するような電流が流れるように決定します。
      
      
      
      
   
   

6. 実験方法

   (1)実験回路
   
   
   (2)下図の回路を組み立てます。
   ●自作電子ブロックの図
   
   (3)ON/OFF制御
   
   
   

7. 実験機材

   1. 自作電子ブロック 必要ブロック
      
      • トランジスタ(2CS1815相当品)×2個
        
      • 抵抗器×2個
        
   2. 電圧可変直流安定化電源
      
   
   

8. 実験結果

   
   

9. 測定結果・考察

10. 今後の課題

11. 参考文献

    
    
    

12. 関連項目

    1. ダイオードの基本特性の測定実験-発光ダイオード(LED)の静特性の測定
    2. バイポーラ・トランジスタのデバイス実験-エミッタ接地回路の静特性測定