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2007年9月13日 (木)

トランジスタスイッチ

_1856 ←寿命の尽きたプリンタから回収したパルスモータと永久磁石モータ。約10年前のアクチュエータ部品である。アナログエンジニアはこのようなアクチュエータ駆動を行うことも多いのだ。

バイポーラトランジスタのスイッチング動作の理解するには、抵抗負荷スイッチングから学ぶとよい。

電源電圧をV、負荷抵抗をRとすれば、コレクタ電流Icはオームの法則により、Ic=V/Rとなる。

最小の電流増幅率hFEが判れば、約IB=Ic/hFEのベース電流をを流せば、トランジスタのCE間電圧が0.3Vくらいになる。トランジスタのVCE-IC曲線は低電圧ではS字形となっており、CB接合が順方向になると(0.6V)実効hFEが低下し始める。

トランジスタのR負荷SWでは、0.1Vくらいのコレクタ電圧VCEを期待することが多いので、このときVCE=5V程度のときのhFEの数分の1に低下する。したがって、hFE=100なら例えばその数倍、換言すればhFEを20程度に見積もりベース電流を流す。

hFEはばらつきがあり、さらに低温ではhFEが低下するので実際にはIc/10~Ic/5位のベース電流を流すように、最小のベース電流を流してオン状態にする。

ダーリントントランジスタではVCE電圧が0.8V以下にすると、hFEが急激に低下する。したがって、オン時の損失は単体トランジスタの場合よりコレクタ損失電力が数倍大きくなる。

バイポーラトランジスタでmV台のスイッチングを行う際にはコレクタとエミッタを入れ替えて、逆トランジスタとしてスイッチングさせる。このときにはコレクタ電流と同程度以上のベース電流を流す。

最近では小型のパッケージで低オン抵抗のFETも出てきており、5V駆動でも十分FETをオンさせることのできる品種もある。このときにはぱパワーFETは駆動源に対して大きな容量性負荷となり、比較的低速のターンオン時間しか実現できないこと設計条件であることが多い。

抵抗負荷のトランジスタスイッチングの理解は、実用上出合うことの多い容量性負荷あるいはインダクタンス負荷スイッチングの前段階として重要である。

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