NPNトランジスタ「2SC1815」
Arduino UNO等のデジタル出力が常時出力出来る電流は20ｍA程度と少ないです。LED(15mA程度)を光らせるくらいなら出来ますが、それ以上の電流を必要とする動力源を常時コントロールするには力が足りません。そこで登場するのがトランジスタです。
定番のNPNトランジスタ2SC1815を使ってLEDを光らせてみたいと思います。
1.トランジスタとは？
トランジスタは電流を増幅する部品です。
ベース(図1-1参照)に入った電流を何倍に増幅出来るかの比率をhFE(hybrid forward emitter)と言い今回使うのは直流ですので①の式で表されます。
直流電流増幅率(hFE)＝コレクタ電流(Ic) ÷ ベース電流(IB)・・・①式
交流電流増幅率(hfe)＝コレクタ電流(⊿ic) ÷ ベース電流(⊿ib)・・・②式
図1-1：左:凹んだ方を正面に見た状態、端子左～1,2,3、右:端子を手前に見た状態
※2SC1815のSDSより引用
1.1 2SC1815トランジスタの種類
| 種類 | 電流増幅比(hFE) |
| 2SC1815 O | 70～140 |
| 2SC1815 Y | 120～240 |
| 2SC1815 GR | 200～400 |
| 2SC1815 BL | 350～700 |
1.2 NPN型とPNP型
今回使う2SC1815トランジスタはNPN型ですが、もう一つPNP型(2SA1015等)が有ります。イメージとしてNPN型はマイコンHighでトランジスタがONし(LowはOFF)、PNP型はマイコンLowでトランジスタがON(HighはOFF)します。
※図1-2中の電流制限抵抗の算出方法↓(めんどくさい時は10kΩで良いと思います)
図1-2：NPN型トランジスタ実回路での接続方法
2. 材料
表1の2SC1815GRは性能も入手性も良く、しかも安いのでよく使います。
トランジスタを使ってLED5個を光らせる実験に、表2の部品を使用しました。
| 部品名 | 必要数(単位：個) |
| Arduino UNO | 1 |
| 2SC1815GR | 1 |
| LED 砲弾型 φ3mm 白色 | 5 |
| 330Ω抵抗 | 1 |
| 10kΩ抵抗 | 2 |
| ブレッドボード | 1 |
※その他ArduinoIDEのインストールされたPCとUSBケーブル、ジャンプワイヤーが必要です。
3. トランジスタでLチカ
3.1 回路図
3.2 実際に回路を組んでみた
図2-1を元に実際に接続した回路です。
図3-2：実際の回路
3.3 Lチカ！
Lチカしてみました(図3-3)。この接続だとLED1個でも10個でも光りますが流れる電流は6mAで変わりません。電流を増やしてLEDを明るくしたい場合は、図3-2中央の大きい抵抗(330Ω)を100Ω位にすればOKです。
図3-3：トランジスタでLチカ
4. 脱線
4.1 トランジスタ無し！
今回試しにトランジスタ無し(図4-1)で抵抗の値を下げながらLEDを光らせてみました。ArduinoUNOのデジタルピン常時出力20ｍA公称値の所、瞬間的に60ｍA迄行けました。それ以上は無理なようです。
このまま60mA流し続けるとマイコンが焼き切れそうだったので数秒でやめときました。とりあえずセーフ^_^;
図4-1：トランジスタ無しでON!
4.2 トランジスタ有り抵抗省略！
使用している電流制限抵抗とプルダウン抵抗は無くても行けるのではないかと前々から思っていました。今回せっかくの機会なので、図4-2の様に抵抗2本を取り外してLチカしてみた所、一見分からない位弱々しくLEDが光っていました・・・。
図4-2:抵抗省略！
トランジスタって基本が大事ですね。
5. まとめ
これを使うとArduino UNOより遥かに少ない電流しか流せないセンサー類の電流を使って、100Vの交流をON・OFFする事も出来ちゃいます。
トランジスタって便利ですね(^ ^)/
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