2021年05月24日

トランジスタを使ったスイッチング回路

電気回路で、一番初めに目にする電子デバイスが、トランジスタやダイオードではないでしょうか?
トランジスタは、電流を増幅するデバイスですが、増幅以外にもスイッチとして使われるケースが多くあります。

トランジスタをスイッチとして使う場合の原理は、水の流れを使って考えると解りやすいと思います

ベース:Bに電流が流れていない場合は、コレクタ:C-エミッタ:E間の電流は流れず、C-E間は、スイッチが切れた状態になります。
ベース:Bに電流が流れると、C-E間の電流が流れ、スイッチが入った状態になります。

水流1.JPG水流2.JPG

今度は、LEDをトランジスタを使ったスイッチング回路で点滅させる回路を考えます。

① まず、電源:5VにLED(順方向電圧:Vf=1.9V 順方向電流;If=10mA)を直接つないだ回路を考えます。
この時に、LEDに10mAの電流が流れる様に、抵抗:Rを直列につなぎます。

Untitled.png

抵抗:Rの値は、オームの法則より、下記式で求められます。

抵抗計算1.JPG

これにより、Rは310Ω必要であることが解ります。

② 次に、LEDを点滅させるために、トランジスタを使ったスイッチング回路を追加します。

Untitled2.png

水の流れに例えたように、Bに電流が流れていなければ、C-E間に電流は流れず。LEDは点灯しません。
Bに電流が流れた場合、C-E間に電流が流れ、LEDが点灯します。

この場合、Bに印加される電流を調整してあげる必要があります。
このトランジスタの電流増幅率hfe=200とし、B-C間電流を10mAとすると、Bに流れる電流は10mA/200=0.05mAとなります。
電流に余裕を持たせるために、3倍の0.15mAをBの流せるよう、抵抗:Rbを下記の様に計算します。

抵抗計算2.JPG

これにより、Rb=約29KΩ必要なことが解ります。

トランジスタによるスイッチング回路は、小電力の場合には、汎用のトランジスタが使えるため、部品コストも安く、回路構成も簡単であるため、多くの回路に採用されています。

弊社では、TOSHIBA製品を扱っています、汎用トランジスタからFETとラインナップも豊富です。
海外製品につきましても、ご相談いただけますので、お問い合わせをお待ちしています。



記事投稿:池田

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2021年05月14日

シュレディンガーの猫

「シュレディンガーの猫」って知っていますか?

「何事もふたを開けなければ判らない」といった慣用句として耳にした方もあるかもしれません。

「シュレディンガーの猫」の本来の意味は、波動関数を発見した理論物理学者「エルヴィン ・シュレディンガー」が考えた、量子(ミクロの世界)の挙動と現実(マクロ)の現象の間にあるパラドックスを表す思考実験の事です。

まず、素粒子等、量子的な粒子(粒子とする)が示す挙動は、

・観測される前の、粒子の位置は決まっていない
・粒子の位置は、観測されて初めて決定される。
・観測される前の粒子の位置は、可能性」として多重に存在している。

ということが、量子物理学の実験でわかってきました。

我々が見ている物質もすべて粒子の集まりです。上記の粒子の挙動が正しいなら現実は、どのような現象を示すのでしょうか?
それを、シュレディンガーは「シュレディンガーの猫」という思考実験で表しました。

その実験装置は下記の様な構造をしています。

① 外からは中が見えないようにしたブラックボックスを用意する
② ブラックボックスの中に、1時間に一回放射性崩壊をしてβ線(電子)を放出する放射性同位元素を入れる。(1時間の間にβ線を放出する可能性は50%)
③ β線を感知したら、青酸ガスを放出する装置を、同様にブラックボックス内に置く。
④ ブラックボックス内に生きた猫を入れる。

さて、1時間後にブラックボックスを開けるとどのような状態が観測されるでしょうか?

もし、放射性崩壊が発生していなかったら、猫は生きて観測されるはずです。

シュレディンガーの猫1.JPG

放射性崩壊が発生していたら、猫は青酸ガスによって中毒死しているはずです。

シュレディンガーの猫2.JPG

β線が発生する確率は50%です。
β線が存在する量子の世界では、先に示した通り『観測される前の粒子の位置は、「可能性」として多重に存在している』です

つまり、β線が放射されたかどうかは、観測(この場合ブラックボックスを開ける行為)されない限りβ線は確率的にしか存在せず、存在と非存在が重なった状態であると考えられます。

猫の生死を確定するβ線の存在・非存在が重なった状態であり、影響を受ける猫自身も量子で構成されているので、猫の状態もまた存在・非存在が重なった状態にあることになります。

シュレディンガーの猫3.JPG

シュレディンガーの猫は、ブラックボックスを開けるまで、存在・非存在が重なりあったもやもやとした存在で(表現が良くないですが・・・)ブラックボックスを開けた瞬間に生きているか死んでいるか、どちらかに収斂するというのです。

訳がわかりません・・・
ブラックボックスを開けようがどうしようが、猫の生死は決まっているに違いないのですから・・・

シュレディンガーがこの思考実験で何が言いたかったのかというと、「量子論は、完成された理論ではなく、新しい事実を確認して補強しなくてはいけない」と言いたかったのではないでしょうか?

「シュレディンガーの猫」については、様々な解釈がなされていますが、明確に説明した理論はまだ見つかっていません…


記事投稿:池田


posted by towa at 14:46| まめちしき | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2021年04月15日

SDGsとROHS規制

以前の記事でまとめているのですが、ROHS指令とは環境と人体の安全に関わる有害物質の規制です。電子部品に関わる仕事をしていると避けて通れないもので、ほぼ全ての電子部品に適用され市場では国際的な動きとなっています。

ではSDGs(エスディージーズ)という言葉を聞いたり、カラフルなバッジを付けた方を見かけたりすることはありませんか?
SDGsとはSustainable Development Goals の略で、日本語では持続可能な開発目標と訳されます。2015年に国連で可決された、2030年を期限としてよりよい世界を目指す国際目標です。17の大きな目標で構成されています。

SDGsの17目標リスト
1. 貧困をなくす
2. 飢餓をゼロに
3. すべての人に健康と福祉を
4. 質の高い教育をみんなに
5. ジェンダー平等を実現しよう
6. 安全な水とトイレを世界中に
7. エネルギーをみんなに そしてクリーンに
8. 働きがいも経済成長も
9. 産業と技術革新の基盤をつくろう
10. 人や国の不平等をなくそう
11. 住み続けられるまちづくりを
12. つくる責任つかう責任
13. 気候変動に具体的な対策を
14. 海の豊かさを守ろう
15. 陸の豊かさも守ろう
16. 平和と公正をすべての人に
17. パートナーシップで目標を達成しよう

この17の大きな目標ごとに計167のターゲットがあり、2030年までに人間がする事をリストアップしています。
この中に貧困への対策や不平等の解消のような社会的問題とあわせ、気候変動や環境、有害物質の影響による健康被害に関する目標も含まれています。

そのため、環境保全に関連してSDGsに取り組む企業も増えてきています。
有害物質を規制するRoHSへの適合は、同時にSDGsの取り組みにもつながります。
RoHSは2003年の告示以降、規制物質や対象機器を増やしながら現在も継続しています。

証明書の取得が大変な時もあるROHSですが、環境や健康にとってとても大切なものなのですね。


投稿:渡辺




posted by towa at 09:00| まめちしき | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2021年04月08日

LEDはなぜ光るのか


以前ののブログで、LEDの種類ダイオードについての記事がありました。

記事にあるように、LEDにはいろいろな種類がありますが、そもそもなぜ光るのでしょう?

まずは、LEDの回路記号を見てみましょう。

LED3.JPG

図のように、ダイオードの回路記号から光が出ている様に書かれています。

LEDを日本語で言うと「発光ダイオード」です。LEDの構造は一般的なダイオードと基本的には同じです(機械的な構造や半導体材料は違いますが…)

LED(ダイオード)はp型半導体n型半導体がくっついた(接合)構造をしており、LEDの半導体には化合物半導体材料が使われます。たとえばGaAs半導体(ガリウムひ素化合物)の場合、価電子3個のGaが比率として多ければ、本来電子があるところに電子が存在しない「穴」の様な状態になる部分ができます。
この電子不在の「穴」を「正孔」と呼び、電気的には相対的に「プラス」と考えることができます。(p型半導体)

また、価電子5個のAsの比率が多ければ、電子が1つ余った状態(自由電子)となり、電気的には相対的に「マイナス」と考えられます。(n型半導体)

このp型半導体と、n型半導体を接合(pn接合)させ、ある程度の電圧を持った電流を流すと接合部分で「正孔」「電子」が移動して、電気的な中和状態となり、それぞれが消滅します。

電子はもともとマイナスの電荷(エネルギー)を持っていますが、この消滅により、電荷を持たなくなり、余った電子のエネルギーが「光」となって放出されるのです。

LED.gif

ここで、疑問に思われませんか?

LEDも一般的なダイオードも同じpn接合構造を持っているのに、なぜLEDは光り、一般的なダイオードは光らないのでしょうか
厳密に言うと、一般的なダイオードも「光って」いるのです。

ちなみに、光は「電磁波」で、特定の波長となった場合に、「光」として認識され、一般的に電磁波は波長が短い程、エネルギーが高いとされます。

一般的なダイオードはSi(シリコン)やGe(ゲルマニウム)を材料として使用しています。これが、低電圧で動作することに対して、LEDに使われる半導体(GaAs等)を動作させるには、高い電圧が要求されます。

低電圧で作動するということはpn接合面で発生するエネルギーも小さく、長い波長の電磁波が放出されます。つまり光(可視光)の波長のエネルギーには足りないのです。
放出された長い波長の電磁波は、半導体を覆っているモールド樹脂やガラスに吸収され熱となってしまいます。

LEDは「光」の波長を出せる程の電圧(エネルギー)を必要とし、また供給されているので、光ることができるのです。




弊社では Everlight, LENOO, KingBlight 等、各社LEDを取り扱っています。
砲弾タイプ・面実装タイプ・セグメントタイプ各種ラインアップも豊富ですので、用途に合わせお問い合わせください。




記事投稿:池田

posted by towa at 16:48| まめちしき | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

ダイオードとは

ダイオードは、半導体の代表的な部品で、電気の流れを一方通行にする電子部品です。トランジスタやICなどと同じ「能動部品」と呼ばれます。
(コンデンサや抵抗は受動部品→コンデンサ抵抗器

まず、半導体とは金属と絶縁体の中間の性質を持つ物を指します。この中の不純物半導体と呼ばれるものが電子部品として使われます。
さらに不純物半導体には材質の違いによりP型とN型があり、このP型とN型をとなり合わせにしたものが電子部品の基礎となります。(PN接合)
このPN接合には一定方向に電流を流す作用などがあり、これを利用しているのがダイオードです(ややこしい!)

ダイオードの主な働きは次のようになります。
・整流(電気の流れを整える)→順方向に電流を流す(交流から直流に変換する、逆流を防ぐ)
・定電圧化(電圧を一定にする)→逆方向に一定値を超えた電圧を流す作用(降伏電圧)を利用する、過電圧から保護する
・検波(無線信号から音声を取り出す)

半導体や構造の違いによって、表のようにいろいろな用途のダイオードが作られています。
ダイオード.JPG


以前ご紹介したLEDはダイオードの中で電気エネルギーが光となって放出される現象を利用しています(発光ダイオード

LEDの発光の仕組み
LED.JPG
※クリックで拡大します

弊社でも色々なメーカーのダイオードを取り扱っていますので、お気軽にお問い合わせください。


投稿:渡辺
posted by towa at 16:42| まめちしき | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする