トランジスタの使用法

質問

低周波トランジスタの２ＳＤ６３３とＰＩＣで１２Ｖ５Ｗの電球を点灯させる回路を作ったのですが、トランジスタの使用方法について疑問が湧いてきましたのでどなたか教えて下さい。
ＰＩＣからの信号を抵抗を通して２ＳＤ６３３のベースに流し、それを増幅させて（スイッチングさせて）１２Ｖ電流をコレクタ－エミッタ間に流し、電球を点灯させるという回路です。
１２Ｖ電流部分の部品の配置に関してですが、

１・・１２Ｖの電源→コレクタ→エミッタ→電球→グランドの順に配置するときちんと点灯するのですが

電球の位置を入れ替えて
２・・１２Ｖの電源→電球→コレクタ→エミッタ→グランドの順に配置すると一応点灯はするのですが点灯しているのかどうかが分からないくらい暗くなってしまいました。

トランジスタと電球を複数個ずつ使用する為電球の－はソケット部分ですぐにひとまとめにしてＧＮＤに戻したいと思うのですが１の方法では電球の－を出た後でトランジスタでスイッチングするような形になるためそれが出来ません。
２の方法できちんと明るく点灯させる事は出来ないのでしょうか？
１、２の方法共にＰＩＣの電源電圧は５ＶでＰＩＮからの電流は５Ｖ　２０ｍＡ程度です。
ベース電流の制限用の抵抗は４７０Ωを使用しています。

トランジスタの使用方法が間違っているのでしょうか？
それとも２の場合のアースの取り方が間違っているのでしょうか？
増幅率の問題でしょうか？
なにぶんシロウトなものですので分かりやすい言葉で教えていただければ非常に助かります。
よろしくお願いします。

回答No.5

mmky

この方法ですが、ドライブ電流とはベース電流のことですか？
回答：そうです。
抵抗はどの程度で試してみれば良いですか？
400ｍＡ以上が負荷ですね。前回は20ｍＡでＮＧのようですので、2－3倍ぐらいにしてみましょうか。
それですと、（5-1.4）/Ｒ＝3.6V/60オーム≒60mA　です。
60オーム前後でやってみては。

あと、この（２）のようなトランジスタの接続方法は「コレクタ接地」という方法になるのですか？
回答：そうです。
ＰＩＣの電源電圧は５Ｖ・20ｍＡをまず電圧形式に変換します。それがドライブです。参考図面ではドライブのコレクターが同じ条件で接続されていて
効果がありませんでしたが、独立にすれば効果は見込めます。

サイリスタ素子とは高負荷のスイッチングや照明の明るさの調整などに利用される半導体素子です。トランジスターのような増幅素子ではありません。
サイリスタで質問のｇoo検索をしてみてください。参考になるものがたくさんありますから。

参考まで

回答No.4

mmky

#1mmkyです。
＃３のmickjey2さんの方法でもＮＧのようでしたら苦しいですね。
コレクター電位が低すぎるのですね。
もう一つの方法は、ダーリントンでドライブのトランジスター２ＳＣ１８１５のコレクターを12Ｖ電源につなぎ、そのエッミターと２ＳＤ６３３のベースに抵抗をいれてドライブする方法です。
ドライブ電流は（5-1.4）/Ｒ　で与えられますので十分に取れます。
それでもＮＧであれば、
（2）はサイリスタ素子でも使わないとスイッチできないということですね。
追伸：
電球は負荷としてはかなり重いですから電圧を印加するタイプのドライブ
（1）の方式のようなものが普通ですね。
参考まで

補足

ご親切にありがとうございます。
たかが電球とトランジスタの位置関係というだけの問題なのですが・・。

もう一つの方法は、ダーリントンでドライブのトランジスター２ＳＣ１８１５のコレクターを12Ｖ電源につなぎ、そのエッミターと２ＳＤ６３３のベースに抵抗をいれてドライブする方法です。
ドライブ電流は（5-1.4）/Ｒ　で与えられますので十分に取れます。

この方法ですが、ドライブ電流とはベース電流のことですか？
抵抗はどの程度で試してみれば良いですか？
あと、この（２）のようなトランジスタの接続方法は「コレクタ接地」という方法になるのですか？

（2）はサイリスタ素子でも使わないとスイッチできないということですね。
とありますが、サイリスタ素子とはどのような物ですか？
無接点のリレーとかスイッチみたいな物ですか？

トランジスタ以外で高速でＯＮ、ＯＦＦできて無接点のリレーのような物があれば教えていただけないでしょうか？あくまでも今回は電球のスイッチングが目的なのでトランジスタ以外で代用できる物があればそちらも試してみたいと思います。

回答No.3

noname#11476

他の解決方法もアドバイスとして。

すでにmmkyさんがご回答されているようにトランジスタの増幅率は非常に落ちてしまうため、２の方法を使う場合は、ダーリントン接続にして使うのが一般的です。
http://www-nh.scphys.kyoto-u.ac.jp/~enyo/kougi/elec/node29.html
上記図のような接続です。

ご質問のケースですとコレクタを独立にして、一段目のコレクタに制限抵抗をつけて直接＋１２Ｖに、二段目のコレクタに電球経由で＋１２Ｖに接続する形でも良いですね。
（１段目のトランジスタの増幅率を稼ぐため）

補足

ありがとうございます。
参考ＵＲＬを真似てダーリントン接続を試してみました。
２ＳＣ１８１５でやってみたのですが若干は明るくなったものの満足の行く明るさではありませんでした。ベース抵抗ですが徐々に減らして最終的には壊れるのを覚悟で抵抗無しまでやったのですが、ダメでした。増幅率が全然足りないようです。
トランジスタをもう１つ増やしてみるとか？？どうでしょう？
２ＳＤ６３３のベースには最終的にどの程度のベース電流を流してやれば良いのでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.2

mmky

「電球をどの位置に持ってくるかによって同じベース電流でも増幅率が変化してしまうという事でしょうか？ 」
そうなんです。
トランジスターというのはコレクター・エッミター間電圧がベース電圧よりもある程度高い状態で正常な動作をします。
トランジスターをＯＮ/ＯＦＦのスイッチングで利用しますとコレクター電位がベース電圧より低くなる場合があります。この時にはトランジスターの性能は落ちます。電流増幅率が小さくなります。電流利得はコレクター電位が高い時には例えば100ぐらいあるのですが、ＯＮ状態では半分以下になることがあります。

「このようにスイッチングに使用する場合はどちらが一般的なやり方なのですか？」

負荷電流が少ない状態ですと（2）が一般的かなと思います。
負荷電流が大きい場合は（1）が多いかなと思います。

ご質問は（2）でということなので、
ＰＩＮからの電流は５Ｖ　２０ｍＡということですからＭＡＸ20ｍＡ
のドライブ電流でどこまでコレクターに負荷電流を流せるかということかなと思います。
ＰＩＮ　ＯＵＴを保護するために少しの抵抗は要りますので100オーム程度の抵抗をつけてやってみたらどうでしょうか。
抵抗（0）は、ＰＩＮ　ＯＵＴの保護上に問題がありますので小さくても抵抗は接続したほうが良いと思います。

参考まで

回答No.1

mmky

参考程度に

（1）の方法ですと電球にかかる電圧はベース電圧から少し下がった
4Ｖ前後になりますね。これは、電源12Ｖと２ＳＤ６３３のベース間に抵抗を
接続し、ベースとグランド間にもう一つのトランジスター（省電力用）のコレクターとエッミターを接続し、そのベースを制御信号でスイッチングさせると電球には11Ｖぐらいを与えることが出来ますね。

（2）の方法はトランジスターを十分にＯＮ状態にしないといけないですね。ＯＮ状態では電流増幅率が下がりますので十分大きなベース電流が必要です。現状のベース電流は、（5-0.7)V/470Ω≒10mA
12Ｖ５Ｗだと電球あたり0.４A=400mA ということで電流利得は40倍必要ですね。ＯＮ状態ではきつい値ですので、もう少しベース抵抗を小さくしてベース電流を増やす必要がありますね。それから、電源とコレクター間に電球を
入れる場合は、ＯＦＦ時のコレクター電圧が不安定になりますので、大きな
抵抗を電球と並列に電源とコレクター間に接続しておき、トランジスターのスイッチング動作を確実にする必要はあります。

ということで、参考程度に

補足

電球をどの位置に持ってくるかによって同じベース電流でも増幅率が変化してしまうという事でしょうか？
参考までにその理由とかも教えていただければありがたいです。
実は使用するソケットが自動車用でして本体部分が－になっていて取り付けると車体にすぐアースされるようになっているので２の方法が理想的なのですが、２の場合はベース電流を制限する抵抗は何Ω位を目安にすれば良いですか？
０Ωはまずいですか？
それと、１、２のやり方ですが、このようにスイッチングに使用する場合はどちらが一般的なやり方なのですか？
色々と質問を増やしてごめんなさい。
よろしくお願いします。