回路の説明をお願いします

質問

NPNトランジスタ １個使用(C1815と思われる)の回路です。
LEDは規格は不明ですが、パイロットランプ用途程度の小さな赤色LEDです。

接続は以下のようになっています。
4.5V電源(1)---330Ω---LED--(3)-----コレクタ
解放(2)------80kΩ-----ベース
エミッターーーーーーGND

上記(1)と(2)を指でつなぐと、LEDが点灯するという実験回路なのですが、
(3)と(2)を指でつないでも、点灯します。
いずれもそれほど明るくはないのでLEDには10mAより少ない電流が流れているかと思います。

(3)と(2)を指でつないだ時の回路の説明を頼まれているのですが、うまく説明できません。

多分自己バイアス回路になるのかと思いますが、ああなってこうなるという仕組みや、LEDに何mA流れているのかとか、ベースには何mAながれるのかなど、計算方法を教示いただけると助かります。

不明な部分については一般的なLEDの規格や、人体の抵抗をあてはめたうえでの計算となりますがよろしくお願いいたします。

回答No.2

mink6137 · ベストアンサー

◆（１）と（２）を指でつないだとき
　固定バイアス回路として動作し、Vce≒0（数十mV）となります。
　これから、コレクタ電流、ベース電流の概算ができます。

◆（３）と（２）を指でつないだとき
　コレクタからベースへの不帰還による自己バイアス回路として動作し、
　Vce≒Vbe+Ib(ベース抵抗＋指の抵抗)となり(～0.7V）となります。
　これから、コレクタ電流、ベース電流の概算ができます。

指の抵抗は湿度や体質などで変りますが、
典型的な値として1.5ｋΩぐらいで計算すれば良いでしょう。

自己バイアス回路では、不帰還作用によりトランジスタの特性に応じてVceが
Vbeに近い値に自動的に決まることです。

お礼

回答ありがとうございます。
原理的なことが分かりかなりすっきりしてきました。

実験にはこれを使っています(笑)。テスターで調べてみればいいのですが、今手元になく調べることができません。
http://otonanokagaku.net/magazine/vol32/

ご指導いただいたとおりに計算してみました。

LEDが暗いので、たぶん5mAくらい流れていると仮定。
Vbe=0.7Vとする
LEDに流れる電流=コレクタ電流+ベース電流=8mA・・・・ただしベース電流は非常に小さい。

HFE=100と仮定
ベース電流=5mA÷100=0.05mA
Vce=Vbe+(ベース抵抗+指抵抗)×ベース電流=0.7+(80000+1500)×0.00005=4.775V

あれ、ベースに電源電圧以上が必要となってしまいました。2.5Vよりは少ないといけないはずなんですが。
80kΩのベース抵抗がおかしいのでしょうか。でも明らかに80kオームを使っているので、どこかから漏れているのかもしれませんね。
直接指がベースに触れているとしたらつじつまが合いますので…。
それとも、LEDは5mAよりもずっと小さい電流で点灯しているのでしょうか。

2mAで点灯すると仮定すると、VCE=2.33Vとなりました。

私の仮定の値が現実とかけ離れているかもしれません。

補足

訂正します。

>LEDに流れる電流=コレクタ電流+ベース電流=8mA
↓
5mA

回答No.1

uruz

(1)と(2)を指で繋いだ場合
電流は：電源→指→(2)→80kΩ→ベース→エミッタ→GND ベース電流が流れたことでコレクタ→エミッタ間にも電流が流れLEDは点灯します。

(3)と(2)を指で繋いだ場合
電流は：電源→330Ω→LED→指→(2)→80kΩ→ベース→エミッタ→GND　ベース電流・・・(上記と同じ)

LEDに流れる電流値は
I = (電源電圧 -LEDのVf - TrのVce) / 330
(4.5 - 2 - 0.6) / 330 = 0.00575
最大で約5.8mA となります

なぜ「最大で」とことわらねばならないのは指の抵抗が不明なためベース電流が解らないからです、とりあずLEDを点灯させるに必要な電流は流せているようです。
LEDに5.8mA流すには 5.8mA/hfe 以上のベース電流が必要です。

お礼

早速のご丁寧な回答感謝いたします。
私はちゃんと回路を学んだこともなく中途半端な知識ですので恐縮です。

>TrのVce
0.6Vとありますが、ここではVbeではないのですよね。

下の回路からカップリングコンデンサを取り除いたのをイメージしているのですが、私の認識は合っていますでしょうか。
http://www.wdic.org/w/SCI/%E8%87%AA%E5%B7%B1%E3%83%90%E3%82%A4%E3%82%A2%E3%82%B9%E5%9B%9E%E8%B7%AF

以下、私の認識不足でしたらご指摘ください。。
ベース電流が流れ、CE間に電流が流れ始めると、CE間の電圧が下がり、そこにつながっているベース電流が少なくなり、CE間の電流が流れにくくなり、CE間の電圧が上がり、ベース電流が多くなり....を繰り返して、あるポイントに収束するのではないかと思うのですが、その時のVce電圧が0.6Vということでいいのでしょうか。

補足

ちょっとひらめいた気がするので、確認させてください。

Vce=0.6Vになるということは、つまり。。。。

この回路は、「C-E間電圧が、B-E間の順方向電圧である0.6Vと等しくなるように動作する」ということなんでしょうか？