トランジスタのベースに流れる電流と抵抗の計算

質問

こちら様のサイトを参考にソレノイドを利用してみました。動作はしたのですが、回路で何点かわからない部分がありました
http://www.midiyvideo.com/show/doc/Arduino-Nano_solenoid-MD222?lang=jp

1. D2から右に出ている抵抗・GNDとつないでいる部分
これはノイズ対策か何かでしょうか？Vbeの電圧を調整するための抵抗（いわゆるR1?）はD2から左に出ている部分だと思いますし、下記サイトでいうところのR2にもなってませんよね？試しに外してみても問題なく動作しました。

ローム　トランジスタ
http://www.rohm.co.jp/web/japan/tr_faq

2.ダイオードの役割
１２V電源部分にダイオードがありますが、これはソレノイドと並列に配置して、逆電流を防止しているのでしょうか？これは１２Vの電源を切るときにソレノイド内のコイルの逆起電力に起因するものでしょうか？

3. 5.6kΩ抵抗の算出
Vbeにかかる電圧が0.7V程度、Arduinoのデジタルアウトが5Vとするとこの抵抗には4.3Vかかります。これからオームの法則でI(R1)は4.3/5.9k = 767μAと出ました。この抵抗R1はIbeが許容する電流量に合わせて計算する感じでしょうか？

回答No.1

xpopo

＞1. D2から右に出ている抵抗・GNDとつないでいる部分
＞これはノイズ対策か何かでしょうか？Vbeの電圧を調整するための抵抗（いわゆるR1?）はD2から左に出ている部分だと思いますし、下記サイトでいうところのR2にもなってませんよね？試しに外してみても問題なく動作しました。

回答＞＞D2ポートが「L」出力の時に「L」を出力しないでオープン状態になるような場合は必要ですが確実に「L」出力では0.6V以下の電圧を出せると思いますので不要でしょう。

＞2.ダイオードの役割
＞１２V電源部分にダイオードがありますが、これはソレノイドと並列に配置して、逆電流を防止しているのでしょうか？これは１２Vの電源を切るときにソレノイド内のコイルの逆起電力に起因するものでしょうか？

回答＞＞これはソレノイドの電流をOffにした瞬間にダイオードが無いとトランジスタのコレクタ電圧が跳ね上がりトランジスタのコレクタ電圧の絶対最大定格電圧を超えてしまいトランジスタが破壊されてしまいます。ダイオードがあればその電圧は抑えられてトランジスタを破壊から保護します。つまり、「電源を切るときにソレノイド内のコイルの逆起電力に起因する」電圧を吸収するために必要になります。

＞3. 5.6kΩ抵抗の算出
＞Vbeにかかる電圧が0.7V程度、Arduinoのデジタルアウトが5Vとするとこの抵抗には4.3Vかかります。これからオームの法則でI(R1)は4.3/5.9k = 767μAと出ました。この抵抗R1はIbeが許容する電流量に合わせて計算する感じでしょうか？

回答＞＞ソレノイドのコイルに十分な電流を流すのに必要なベース電流が流れるような値に設定計算します。ソレノイドの抵抗をRs、トランジスタの電流増幅率をｈFEとすれば、必要なベース電流Ibは

　　Ib＝（12V／Rs）／ｈFE　　　（１）

で計算される値の１０倍程度を流します。
今、Rsを１００Ω、トランジスタのｈFEを5００として式（１）でIbを計算すると、

　Ib＝（12V／100Ω）／500＝0.00024 A＝240uA

と計算されますので、この10倍の0.0024Aをベース電流にします。この場合の抵抗R1の計算は

　（５V－0.7V)／0.0024A＝1.791kΩ　→　1.8kΩ

と計算されます。R1に5.9kΩだとベース電流は767uAで計算したIb（240uA）の3倍程度しかないので上記計算のように1.8kΩにして余裕を撮っておいた方が良いと思います。