ESP32からトランジスタ経由でLチカしたら困った件（別電源）

2020年5月14日電子工作/プログラムGND,トランジスタ,分圧,別電源,回路図,電子工作

前回トランジスタの使い方が何となく判りましたので、ESP32から制御してみます。

今回は５V電源を外部から引いてきて、別電源の回路を操作してやろうという目論見。

こういう回路の時、GNDをどうするのか実はよく判ってないのですが、小電力なら多分大丈夫だろうという事で、、、

手始めに、５Vの回路でLEDを5mAで光らせる為の抵抗を計算します。

（5V – 2V） / 5mA = 600Ω

600Ωとか持ってませんので、330Ωと220Ωを直列に繋ぎ550Ω（5.4mA）でやってみます。

トランジスタは前回調べた2N2222を使い、コレクタ－エミッタ間には計算が簡単な様に、6mA程度流すのに必要なベース電流を計算します。

2N2222のhFEを300として計算すると

6mA / 300 = 20uA（0.00002A）

ベースに流す電流は20uAとするとベース前に設置する抵抗は、

(3.3V – 0.7V) / 20uA = 130kΩ

半端な抵抗値の抵抗持ってないので、100kΩでいきます。
※（3.3V – 0.7V） / 100kΩ = 26uA

26uAという事は、hFE 300 とした場合、エミッタ側回路には7.8mA流れる計算。

回路図はざっくりこんな感じ。

なんかやたらとESP32がデカいですが、、、

とりあえずブレッドボードに部品を配置して、、

回路図とだいぶ配置が違いますが、、、

スケッチは前回と一緒で5秒毎に点滅するテキトーな感じので、、

#include <Arduino.h>
/*
	Lチカテスト
*/

int_fast8_t _toggle = 0;

void setup() {
	// シリアル通信を開始
	Serial.begin(115200);

	// GPIOピンモードを設定
	pinMode(32, OUTPUT);
	digitalWrite(32, LOW);
}

void loop() {
	if(_toggle == 0) {
			Serial.println("点灯");
			digitalWrite(32, HIGH);	
			_toggle = 1;
	} else {
			Serial.println("消灯");
			digitalWrite(32, LOW);	
			_toggle = 0;
	}
	delay(500);
}

そして、まずは先に５V電源をONし、ESP32の電源を入れます。

おおお、ちゃんと動いたンゴ

変な臭いもしないし、点滅動作もOKだ！

本当に26uA程度でスイッチ動作するんだねぇ

トランジスタって凄いですな

しかし26uAのhFE 300で7.8mA流したにしては、少し暗いくないンゴ？

本当にそんな電流がLEDに流れているのか不安になりましたので、テスターでLEDを通過する電流を計ってみますと

0.99mAしか流れてない、、、ンゴ？

ベースの電流を絞り過ぎかと思い、エミッタの電流を測定すると7.76mA流れていました。

下記は各抵抗地点の電流量を計ったもの

測定箇所／ベース部抵抗100kΩ10kΩ
エミッタ7.76mA80mA
220Ω4.49mA10.3mA
550Ω（330Ω箇所）2.89mA4.39mA
LED0.99mA1.47mA

7.76mAまでは期待通り、、？

あれ？

なんか勘違い（汁

つまり、ベースに26uAしか流さないという事は、コレクタ－エミッタ間には最大7.8mA（実測値7.76mA）しか流れないという事。

更にデータシートを読み返すと、ICが150mAまでの時、VCEsat（Collector saturation voltage） だけ最大で0.3V下がると。。。

更に550Ωの抵抗を経てLEDに到達するので、だいぶ電圧も電流も下がってしまっていたという事なのか

んん？それにしては抵抗が電流を制限し過ぎジャマイカ？

気になったので、ベースに流れる電流も確認しましたところ

？？？　4uA ？？？

おかしい、、、(´·ω·`)

これは何か回路が間違ってる気がするのでもう一度見直してみますと

ベースに流す電流が、

もしかしてだけど

もしかしてだけど

エミッタ側の回路を通ってるので抵抗とLEDで分圧されてる・・・？

そのせいでベースにかかる電流まで制限されてしまっているのでは・・？

ちょっと電気回路とか詳しくないんでわかんないっスね、、、(´·ω·`)

キルヒホッフとかいう方の何とか？　(´·ω·`)

基本的なところの欠落が激しいのはもう目をつぶり

そもそもトランジスタで２回路を繋ぐというのが間違いなのか

とりあえずベースに流す電流が分圧されず帰還する様に変更してみました。

なんかよくわかりませんが、5Vの電流がこっちに流れて来まい・・・？

なんて気がする、とても不安になる回路ですね、、、

まぁ5Vだし？　多少は冒険しなくっちゃ？！

とか何とかテキトーな事を考えながら電流を測定してみますと

測定箇所／ベース部抵抗100kΩ、27uA10kΩ、263uA
エミッタ8.05mA93.3mA
220Ω7.78mA20.9mA
550Ω（330Ω箇所）7.44mA8.4mA
LED4.96mA5.21mA

そうそう、こんな感じの電流値が欲しかったんだよ！

うん、、、良いんだか悪いんだか

たまたま期待通りの数値になっているのかいないのか？

多分ですが、こういったスイッチ部は普通、負荷をコレクタ側に持ってくるものではないかな、、、

こんな感じに。

こうすればベースの電流が分圧される訳がなくなる。

見た目だけの問題かもしれませぬが、、、

一応、この様に組みなおした上で、ベースに流す電流、ベース側GND、エミッタ側GNDの電流値を調べてみました。

不思議。

まるで自分達が帰るべき場所が判っている動物たちみたいな

大自然の摂理的な不思議。

電気ってこういう動きするものなんですか・・・？

うん、、、よくわからんですハイ。

電子工作をするなら、ちゃんと勉強しないとメッ！

みたいな出来事ですた

(´·ω·`)

どなたか親切な方、正解を教えてくだしあ

※実測値はブレッドボードにザクザク刺した細～い抵抗の足やらから取ったりしてますので、誤差がかなりあります事をあらかじめご了承ください。
※記事中の回路図はKiCadを使ってみました。

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Posted by 工兵. PV2