LEDが完全に点灯するまでの時間を延長させたい。

質問

LEDが完全に点灯するまでの時間を延長させたい。

トランジスタのLEDドライブ回路に対し、ベースとアース間にコンデンサを入れ（※）、LEDが完全に点灯するまでの間「じわっ」と光り出す回路がありますが、この「じわっ」という時間を延長できないか？と考えております。

(※)トランジスタの遅延回路、ホタル回路などで用いられる

この回路ですと「じわっ」という時間が1秒前後でありますが、2～3秒くらいに延ばしたいです。適切な手法がありましたら、助言頂けませんでしょうか。

また、一例としてなのですが、この方法で実現できるかどうかを、アドバイス頂きたく思います。

NE555など555を用いたパルス発信をさせ、このパルス出力をベース入力として与える。コンデンサに蓄電させる時間が掛かるため、「じわっ」という時間を延長でき、「じーわっ」とできるのでは？と考えております。

よろしくお願いします。

回答No.7

KEN_2 · ベストアンサー

ANo.2,4 です。
定電流ダイオードを用いておられるので、トランジスタによる定電流回路が不要ですよね。
質問は『この「じわっ」という時間を延長できないか？』ですので、解決方法を検討しましょう。

>電源電圧が12V、ベース側抵抗が20KΩ（コレクタには60mA流す計算）、コンデンサは1000μFにしてみたのですが、0.5秒前後でフワッと点灯してしまいました。もっとコンデンサを大きくする必要があるみたいです....。
先に電源電圧を確認しておけば良かったですね。

入力電源電圧12Vでは高過ぎますので、3Vから6V程度で駆動すれば時間が延長されます。
何故かというと、CRの充電時間は入力電源電圧が高ければ早く（短く）なるのです。
時定数はLN（自然対数）で変化しますが、入力電源電圧が高ければ早くVbeの0.6Vに達するので「じわっ」の時間が短くなるのです。
入力電圧を分圧して印可しても確認出来ると思います。

以下参考での検討値です。
入力電源・LED電源共に12Vであるとして、計算手法を記載しますので参考にして応用ください。
>トランジスタは人気の1815で増幅率は100で、LEDは一つ3V-20mAです。定電流ダイオードを用いて、LED2個ずつを並列にする予定です。
この条件も少し修正して計算します。
　1）定電流ダイオードは；E-103 ピンチオフ電流；10mA 肩特性；3.5V を2個並列で使用
　2）LEDは一つ3V-20mA をLED2個ずつを直列にする。←並列にする必要はありません。
　3）トランジスタは2SC1815でhfe；100としVce(SAT）は0.3Vとする。

1.ベース抵抗とコンデンサは、
　1）Ibeは、hfe；100 Ic；40mAとすると0.4mA以上を流す必要がある。
　2）ベース抵抗は、Rb=12V/0.4＊10＾-3　約30KΩが最大となります。
　3）CRの時定数はＴは≒LN（C＊R）＊0.6V/12V　となるので入力電圧が高いと短くなります。

下記のサイトは実験サイトで参考になりませんか？
電子ほたるの回路図
http://www.ops.dti.ne.jp/~ishijima/sei/letselec/letselec6.htm
非安定マルチバイブレータによるＬＥＤ点滅回路
http://bbradio.hp.infoseek.co.jp/multi11/multi11.html

お礼

度々申し訳ありません、ありがとうございます。

＞入力電源電圧12Vでは高過ぎますので、3Vから6V程度で駆動すれば時間が延長されます。
＞入力電圧を分圧して印可しても確認出来ると思います。

このような事実と方法があったとは....（笑）本当に参考になります。

抵抗を20KΩとしていましたのは「コレクタ電流に余裕を持たせるもの」という情報があったためです（どこかのサイトで）。
実際の所、KEN_2さんから教わった「コンデンサに流す電流を制限すれば、蓄電時間を稼げる」ということを考慮し、30KΩにこっそり変更しておりました。

回答No.6

tetsumyi

駆動電圧が低くても動作するLEDの定電流回路の例です。
http://www.zea.jp/audio/schematic/sc_file/004.htm
この回路路を分析改造することで徐々に電流を増やすことができます。

Tr1が電流制限用ですからこのTr1のベース側に電圧降下があまり起きない程度の抵抗を入れ、
Onになった時の初期に電流を流してTr2の電流がゼロとなるようにプラス側からR-Cを入れて時定数を決めることができます。

余計なことですが、メーカ製のLEDライトでは当然のこととして行っていますが、LEDの寿命を延ばす方法として２０ｍAの物で１５ｍA程度に抑えれば明るさはほとんど変わらないで２倍以上になりますし、並列接続では測定して特性の同じ物を選んで使ってください。

お礼

ご回答ありがとうございます。

正直、「ちょっと難しいかな....」という印象があるのですが、これまで「トランジスタは電流で」という概念がありませんでしたので、勉強になりました。

トランジスタ定電流回路について、これから勉強してみようと思います。

回答No.5

tetsumyi

LEDの制御方法の考え方が間違っていると思います。
LEDは電圧で制御すると動作電圧付近で急激に電流が増え急速に明るさも変わります。
LEDは電流制御にすることで安全で安定した明るさを得ることができます。
したがって最大電流を定めるトランジスタ定電流回路を決めた上でこの電流を徐々に増やす遅延回路を入れることで確実に安全に徐々に明るくすることができます。

お礼

ご回答ありがとうございます。

トランジスタの定電流回路そのものは理解出来ても、どのような回路を加え、どのようにコントロール出来るのかが、残念ながら私には理解出来ません....（予想も出来ません）。
可能であれば、一例を挙げて頂けないでしょうか。

よろしくお願いします。

回答No.4

KEN_2

ANo.2 です。
>一つお尋ねしたいのですが、以下のような回路にする予定です。同時に、これまで3つ程度、この回路で作ったことがあります。トランジスタは人気の1815で増幅率は100で、LEDは一つ3V-20mAです。定電流ダイオードを用いて、LED2個ずつを並列にする予定です。
この方法で問題ありません。

>抵抗で電流制限をし、コンデンサに蓄電させることにより、蓄電時間を稼ぐ手法を用いていることになりますが、コンデンサから放電した時にベースに流す電流が大きくなり過ぎる気がします。
確かにCが大きくなると、ベースに流す電流が増加しますがB-E間はVbe；約0.6VでクランプされますのでIbeの最大許容電流値が流れる可能性は低いです。
コンデンサと並列に100KΩ前後の抵抗を入れるのは、ベース抵抗より五倍から十数倍の値にしてください。
たとえば、ベース抵抗が47KΩであれば220KΩから470KΩが必要です。でないと時定数が得られなくなりますし、現実問題では、最近のトランジスタのIcboは微少で問題にならないし、動作周波数が低いのでB-E間に抵抗挿入の必要性はありません。

消灯時間を短くするには、ベース抵抗に並列にダイオードをベースと入力電源方向に接続すると瞬時に消灯します。
ご参考までに。

お礼

ご回答ありがとうございます。
何度も申し訳ありません、ありがとうございます。

電源電圧が12V、ベース側抵抗が20KΩ（コレクタには60mA流す計算）、コンデンサは1000μFにしてみたのですが、0.5秒前後でフワッと点灯してしまいました。もっとコンデンサを大きくする必要があるみたいです....。

必要ないとアドバイス頂いた100KΩ（コンデンサと並列で、ベースとGND間に入れた）を入れてみたところ、LEDは微かに点灯している状態で、外すはめになってしまいました（汗）

単純に光らせることは簡単でも、コントロールしようとなると、難しいものですね....（涙）

回答No.3

ORUKA1951

単純にコンデンサの容量をあげれば時間は長くなりますが、消灯時間も長くなってよいのですか？

お礼

ご回答ありがとうございます。

回路そのものは、KEN2さんへのお礼欄に記載した通りなのです。書き忘れてしまったのですが、次回はコンデンサと並列に100KΩ前後の抵抗を入れるつもりです（GNDへ繋ぐ）。

単純に、コレクタやベースへの電源をカットしてしまえば良いと考えているのですが、この考え方ではまずいのでしょうか？

度々申し訳ありませんが、可能でありましたらアドバイスをお願いします。

回答No.2

KEN_2

抵抗値かコンデンサの容量を3倍にすれば時間は延びますが、抵抗の値はむやみに大きくできません。
電源電圧と使用トランジスタのhfeにもよりますが、数百KΩ程度が上限と考えてください。
ベースに流す電流が少なくなトりランジスタが動作しなくなるので、コンデンサの容量を大きくした方が安定動作します。

>また、一例としてなのですが、この方法で実現できるかどうかを、アドバイス頂きたく思います。
>
>NE555など555を用いたパルス発信をさせ、このパルス出力をベース入力として与える。コンデンサに蓄電させる時間が掛かるため、「じわっ」という時間を延長でき、「じーわっ」とできるのでは？と考えております。
「じわっ」という時間は延長できません。
点滅の周期を変化できますが、「じわっ」という時間は先のベースに接続された抵抗とコンデンサで決定される時定数の時間になります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

現実的に考えると、コンデンサの容量で調整するということですか。残念ですが、555の件も承知しました。参考になります。

一つお尋ねしたいのですが、以下のような回路にする予定です。同時に、これまで3つ程度、この回路で作ったことがあります。トランジスタは人気の1815で増幅率は100で、LEDは一つ3V-20mAです。定電流ダイオードを用いて、LED2個ずつを並列にする予定です。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　電源
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　LED
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C
入力電源--　抵抗　----B
　　　　　　　　　　　　　　|　　　　 E
　　　　　　　　　　　　　　|　　　　　|
　　　　　　　　　　　　　　C　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　|　　　　　|
　　　　　　　　　　　　　(　　GND　　　)

抵抗で電流制限をし、コンデンサに蓄電させることにより、蓄電時間を稼ぐ手法を用いていることになりますが、コンデンサから放電した時にベースに流す電流が大きくなり過ぎる気がします。

私が考えている理屈では、コンデンサから放電した際のベース電流が大きすぎ、トランジスタを破損させるような気がします。実際には問題なく動作しているのですが、もし可能でしたら、この点の理論、理屈をお教え頂けませんでしょうか。

度々申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

回答No.1

mtaka2

コンデンサの容量を3倍にすれば時間は3倍になります。

もしくは、おそらく、コンデンサに充電する側に抵抗が入っていると思いますが、
その抵抗値を3倍にしてもいいです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

素直にコンデンサの容量を大きくすれば良いものなのですか。また、コンデンサだけでなく、抵抗でも変更出来るということですね。

回路を付け足すなどしないといけないと、勝手に決め付けておりました。
参考になります。