NOT回路について（電子工作）

質問

みなさん、こんばんは（こんにちは）
NPNトランジスタを使ったNOT回路について質問したく投稿しました。

通常、トランジスタを使ったNOT回路というのは、
入力：ベース
出力：抵抗-コレクタ間から分岐した線
ということで、
入力１→出力０、入力０→出力１となるようですが、実際に基盤にうつしてみると、理屈どおりに動作しません。
入力が０でも１でも、入力に関係なく出力が１になります。

トランジスタは東芝C1815で、コレクタ側の抵抗が725Ω、ベース側の抵抗は69ｋΩ、出力側にはオムロンG6D-1Aリレーを入れています。

なにか間違ったことや、なにか無知なことをしているのでしょうか？知識のある方、ぜひお力をお貸しください。
よろしくお願いします。

回答No.5

inara1 · ベストアンサー

以下の資料が参考になるかと思います。

[3]　リレーON/OFF回路　http://www4.zero.ad.jp/electronics/others/trlatch1/trlatch1.html
[4]　トランジスタによるリレー/LED駆動回路　http://www.asahi-net.or.jp/~bz9s-wtb/doc/circuit/No1/tic1c2a.pdf

お礼

inara1さん、ご配慮ありがとうございます！

これからも、回路のことについて質問をすると思いますので、その際は、懲りずにまたアドバイスをくださるようよろしくお願いします！

回答No.4

inara1

ANo.3 の最初の回路で、トランジスタのエミッタ（E）とコレクタ（C）が反対でした。以下が正解です。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12V～14.5V
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 │
　　　　　　　　　　　　　　　　　┌──┤
　　　　　　　保護ダイオード ▲　　リレー
　　　　　　　　　　　　　　　　　└──┤
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 E
入力：12V～14.5V ─┬ 1kΩ ─ B　　　2SA1015
　　　　　　　　　　　　10kΩ　　　　　　C
　　　　　　　　　　　　　│　　　　　　 │
　　　　　　　　GND ─┴────-┘

回答No.3

inara1

>下のようにしました
その回路では、トランジスタがOFFのとき（入力電圧が0VまたはOPENのとき）、リレーと直列に 725Ω の抵抗が入った状態になるので、リレーに流れる電流は 12V/( 725Ω+720Ω) = 0.0083A = 8.3mA しかありません。リレーの定格電流（ONとなる標準電流）は 16.7mA なので、これくらいの電流を流さないとリレーがONしません。もう１つ、その回路ではリレーがOFFのとき、トランジスタに 16.5mA の電流が流れ続けるのでバッテリーが消耗します。トランジスタ１個でNOT動作させるには、別のトランジスタ（2SA1015）が必要ですが、以下のようにすればいいでしょう（保護ダイオードは必ず入れてください）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12V～14.5V
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 │
　　　　　　　　　　　　　　　　　┌──┤
　　　　　　　保護ダイオード ▲　　リレー
　　　　　　　　　　　　　　　　　└──┤
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 C
入力：12V～14.5V ─┬ 1kΩ ─ B　　　2SA1015
　　　　　　　　　　　　10kΩ　　　　　　E
　　　　　　　　　　　　　│　　　　　　 │
　　　　　　　　GND ─┴────-┘

上の回路では、入力電圧が 0V のとき、リレーがONとなります（そのときのリレーに流れる電流は15.5mA）。入力端子がOPENでもたぶんリレーがONとなります（そのときのリレーに流れる電流は14.1mA）。入力電圧が2Vのときリレーに流れる電流は13mA、入力電圧が5Vのときリレーに流れる電流は9mA という具合に変化しますが、リレーがOFFになる正確な入力電圧は分かりません。しかし入力電圧が 8V 以上ならリレーに流れる電流は5mA 未満になるので、入力電圧が 8V 以上ならリレーは確実にOFFになるでしょう。入力電圧が矩形波（このような波形→ ＿￣＿ ） ならリレーのON/OFFは瞬時なので問題ないですが、入力電圧がゆるやかに変化する場合（ ＿／＼＿ ）には、途中でリレーの動作がバタバタするかもしれません。

＞725Ωというのは、単純にトランジスタのドライブ回路というものを意識し、トランジスタに最大で約20mmAが流れるようにしたつもりです（今考えたら、リレーに電流を流しすぎですね....）
いや逆です。725Ωを入れたためにリレーに充分な電流が流れなくなります。

＞こんな回路も考えられるのですね！再度この回路で作り直してみようと思います
ANo.2 の回路は入力電圧が 0～5V を想定しているので、入力電圧が 0～14.5Vならば以下のようにしてください。2SC1815しか手元にないのなら、このような回路のほうが良いです。下の回路では、入力端子がOPENまたは入力電圧が 0～6.8V のときにリレーがON、入力電圧が 7V以上でリレーがOFFになります。

　　　　　　　　　　　　　　　　┌─┬-┬─12～14.5V
　　　　　　　　　　　　　　　　│　 ▲　リレー
　　　　　　　　　　　　　　　10kΩ └-┤
　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　　C
　　　　　　　　　　　　　　　　├─ B　　2SC1815 2個
12～14.5V　　　　　　　　　 C　　　　E
　入力 ─ 10kΩ ─┬─ B　　　　　│
　　　　　　　　　　　1kΩ　　 E　　　　│
　GND ─────┴──┴──┴─

お礼

inara1さん度々申し訳ありません。ありがとうございます。

inara1さんにとっては基礎知識レベルなのかもしれませんが、私にはまだまだ厳しいレベルですので、本当に勉強になります！

回答No.2

inara1

リレーは12V用 [1] なので電源電圧は12Vだと思います。
コレクタ側の抵抗の 725Ω というのはリレーの内部抵抗（標準720Ω）ではないですか？としたらこのような回路でしょうか。

　　　　　　　　　　　　　　12V
　　　　　　　　　　　　　　│
　　　　　　　　　　　　　　リレー（725Ω）
　　　　　　　　　　　　　　│
　　　　　　　　　　　　　　C
　入力 ─ 69kΩ ─ B　　　2SC1815
　　　　　　　　　　　　　　E
　GND ──────┴──

この回路の場合、コレクタ電圧を出力信号とするならNOT回路ですが、リレーのON/OFFについてはNOT回路にはなりません。入力が0VまたはOPENのときリレーはOFF（コレクタ電圧=12V）です。入力電圧を大きくしていくとコレクタ電圧が下がりますが、リレーがONになる入力電圧はトランジスタのばらつきの影響を大きく受けます（リレーがONになる入力電圧は4V～12V）。リレーのON/OFFについてのNOT回路にするには以下のようにしてください。

　　　　　　　　　　　　　　　　┌─┬-┬─12V
　　　　　　　　　　　　　　　　│　 ▲　リレー
　　　　　　　　　　　　　　　　10k └-┤
　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　　C
　　　　　　　　　　　　　　　　├─ B
　　　　　　　　　　　　　　　　C　　　　E
　入力 ─ 10kΩ ─┬─ B　　　　　│
　　　　　　　　　　　4.7k　　 E　　　　 │
　GND ─────┴─-┴───┴─

トランジスタは２つとも2SC1815です。この回路だとトランジスタのばらつきの影響が少なく、入力電圧が 2.5V未満または入力端子OPENでリレーがON、入力電圧が 2.5V以上でリレーがOFFになります。この回路で、ベースにつながっている２本の抵抗の値は、入力電圧の範囲が0～5Vを想定したものです。4.7kΩの抵抗を1kΩにすると、ON/OFFの境界電圧が7Vくらいになります。

なお、このリレーは極性がなく、内部にダイオードが内蔵されていないようなので、上図のようにトランジスタ保護用のダイオード（▲）を入れてください。でないと、リレーが動作したときにトランジスタのコレクタ-エミッタ間に大電圧がかかってトランジスタが壊れてしまいます。入力が０でも１でも、入力に関係なく出力が１になるというのはトランジスタがすでに壊れている可能性があります。保護ダイオードは小信号用のもの [2] でOKです。ダイオードの極性は、端に黒い帯がある側が▲の頂点側になります。

[1]　G6D-1A　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?p=1&q=G6D-1A
　　　　　仕様　http://www.omron.co.jp/ecb/products/pry/121/g6d.html
[2]　ダイオード　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22I-00743%22&s=popularity&p=1&r=1&page=0&cl=1

お礼

inara1さん、ありがとうございます。

下のようにしました。

　　　　　　　　　　　　　　12V（実際は14.5V以下になる）
　　　　　　　　　　　　　　│
　　　　　　　　　　　　　　725Ω
　　　　　　　　　　　　　　｜－－－－リレー－－－GND
　　　　　　　　　　　　　　│
　　　　　　　　　　　　　　C
入力：14.5V以下─ 69kΩ ─ B　　　2SC1815
　　　　　　　　　　　　　　E
　　　　　　GND ──────┴──

電気電子関連に関しては、ほとんどが見よう見まねの独学ですので、inara1さんのような人から見れば、馬鹿げたことをしているのかもしれません。14V以下というのはオルタネータ（発電機）が動いているのを前提にしています（12～14Vに変動）。

725Ωというのは、単純にトランジスタのドライブ回路というものを意識し、トランジスタに最大で約20mmAが流れるようにしたつもりです（今考えたら、リレーに電流を流しすぎですね....）。

inara1さんの２つ目の回路にはビックリしました！こんな回路も考えられるのですね！再度この回路で作り直してみようと思います。

仮に、自分が実行した模範的なNOT回路で、電源電圧と入力電圧が12～14Vに変動するとし（本来はレギュレータを入れると良いのかもしれませんが）、さらに同じトランジスタ＆リレーを使うとしたら、ベストな抵抗の値はいくつになるのでしょうか？

もしお時間を頂けるようでしたら、ぜひお願い致します。

回答No.1

okazaki0ko

入力が１の時は、V_CCにしていると思いますが、０の時はどうしていますか？
開放（オープン）のままではいけません。
０の時は、０Ｖと言う電圧を与えなければなりません。
要は、入力端子をグランドに短絡（ショート）してください。

お礼

okazaki0koさん、ありがとうございます。

おかげ様で動作するようになりました！

あともう１点ですが、リレーの向き（重力方向に足を向けていなかった）を逆にしていたため、スイッチのオン／オフが入りづらかったという不思議な？現象でした。

こんなことありえるのでしょうか？今までパワーリレーやホームセンタの自動車コーナにあるリレーを、単純に使ってきたぶんには、こんなことはありませんでした.....。

自分としては、何か他の問題があるようにも考えられます。＜リレーの動作が悪いこと