メカトロニクス　１２／１ アナログ電子回路 メカトロニクス　１２／１.

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1 メカトロニクス　１２／１ アナログ電子回路 メカトロニクス　１２／１

2 トランジスタの性質 トランジスタのB(ベース)からE(エミッタ)に０．６V以上の電圧がかかるとダイオードと同様な特性で電流が流れる。電流が流れている時のBE間の電圧は　０．６～０．７Vでほぼ一定である。 ベースからエミッタへ電流が流れるとコレクタに電圧（エミッタより０．３V程度以上)がかかっているとベースに流れる電流ｉｂの定数倍（hfe）の電流が流れる。電流が流れることでコレクターの電圧が０．３V以下になると電流値はそれ以上増えない。 トランジスタの基本動作 メカトロニクス　１１／２４

3 トランジスタの使用例（デジタル回路との組み合わせ）
図のようにICの出力電流を受けて大きな電流のコントロールをするときにトランジスタを使用する。 トランジスタの使用例（デジタル回路との組み合わせ） メカトロニクス　１１／２４

4 トランジスタの保護（誘導性負荷に対して)
トランジスタで電流バッファを行う際、負荷にモータやソレノイドのような誘導性の機器が接続されるときは、電流のon/offの際に発生する起電力によってトランジスタが破壊されるのを防ぐため図のような向きにダイオードをつないで保護をする。 トランジスタの保護（誘導性負荷に対して) メカトロニクス　１１／２４

5 トランジスタの使い方例 a点に10Vの電圧を掛けると、モータに必要なトルクを発生させるのに2Aの電流を流す場合のR1の値を求めてみる。
Hfe=100とする。 b メカトロニクス　１２／１

6 トランジスタの使い方例 トランジスタのベースに流すべき電流は b点の電圧は0.6VとなるのでR1の両端の電圧は9.4VとなりR1は
となり470Ωの抵抗が必要となる。 メカトロニクス　１２／１

7 発光ダイオード（ＬＥＤ） 低電圧（１．３～３．３Ｖ）、低電流（１０ｍＡ程度）で十分光っているのが分かるのでいろいろな場所で使われている。
青色のＬＥＤができ、赤、緑と組み合わせることで多くの色を表現できるようになり、応用範囲が急速に広まっている。 メカトロニクス　１２／１

8 発光ダイオード（ＬＥＤ） 赤色ＬＥＤ アノード（＋側）とカソード（－側）の区別は縁の部分のカットか新品ならば脚の長さで分かる。
電極の形はたまに逆の極性の製品もあるので注意。 赤色ＬＥＤ メカトロニクス　１２／１

9 発光ダイオード（ＬＥＤ） 電流を流すのに必要な電圧は、 この電圧を超える電圧を掛けると大きな電流が流れてＬＥＤを破壊する。
赤外では1.4V程度。 赤色、橙色、黄色、緑色では1.8～2.1V程度。 白色、青色では3.5V程度。 紫外線LEDは、4.5～6V程度。 この電圧を超える電圧を掛けると大きな電流が流れてＬＥＤを破壊する。 メカトロニクス　１２／１

10 LEDの性質 図の左から右の方向にしか電流を流さない。 LEDではこのあたりの状態で光を発生する。
ダイオードの一般的な電圧ー電流の特性を詳細に見ると左図のようになる。 メカトロニクス　１２／１

11 発光ダイオード（ＬＥＤ）の使い方 図のように直列に抵抗をつないで電流を制限し流れる電流を適当な値にする。
電源電圧が変動する場合には定電流素子などを使う場合もある。 ＬＥＤの使い方 メカトロニクス　１２／１

12 電源 メカトロニクス　１２／１

13 放電すると徐々に端子電圧が下がっていく。
乾電池の放電特性 放電すると徐々に端子電圧が下がっていく。 乾電池の構造 メカトロニクス　１２／１

14 リチウムボタン電池の構造 リチウム電池の構造 メカトロニクス　１２／１

15 放電がほぼ終わるまで端子電圧はあまり変化しない。
メカトロニクス　１２／１ リチウム電池の放電特性

16 常温で保管すればかなりの年数でも保管可能
リチウム電池の保存特性 常温で保管すればかなりの年数でも保管可能 メカトロニクス　１２／１

17 電源回路（+5V）からの電流の供給が止まるとリチウム電池の方の電圧が高くなるのでリチウム電池からメモリへ電源が供給されるようになり、メモリへの電源の供給が途切れないようになる。この場合の電流は非常に少ないのでリチウム電池の交換無しで年単位のバックアップが可能。 メモリバックアップ回路 メカトロニクス　１２／１

18 ニッカド電池の放電特性 ニッカド電池の構造 メカトロニクス　１２／１

19 トランスから供給される交流の＋側の時だけ負荷に電流が流れ、逆の電圧のときはダイオードが電流をとめてしまう。
負荷(RL)両端の電圧 ダイオード両端の電圧 半波整流回路 トランスから供給される交流の＋側の時だけ負荷に電流が流れ、逆の電圧のときはダイオードが電流をとめてしまう。 メカトロニクス　１２／１

20 両波整流回路 トランスに２つの巻線を用意する。交流の電圧が変化するときどちらかの端が中央より＋側の電圧になるのでRLには休みなく電流が流れることになる。（電圧はsinカーブで変化する) メカトロニクス　１２／１

21 ダイオードを４本ブリッジ状に結線すると、１つの巻線でも両波整流と同じように絶えず電流を取り出せるようになる。
ブリッジ整流回路 ダイオードを４本ブリッジ状に結線すると、１つの巻線でも両波整流と同じように絶えず電流を取り出せるようになる。 メカトロニクス　１２／１

22 ダイオードで交流を整流しただけだと電圧がsinカーブのように変化するので、変動を抑える必要がある。そのために平滑回路が用いられる。
図１２　平滑回路 メカトロニクス　１２／１

23 決まった電圧を出力するIC。回路に必要な電源電圧よりも高い（＋２V以上)電源を入力に入れると所定の電圧が出力から取り出せる。
メカトロニクス　１２／１ 図１３　３端子レギュレータ

24 ３端子レギュレータのブースト回路 ３端子レギュレータを流れる電流が増えて抵抗Rでの電圧降下が０．７Vを越えるとトランジスタQのベースに電流が流れるようになり、負荷にトランジスタを通って電源が供給されるようになる。 メカトロニクス　１２／１

25 OPアンプ回路 メカトロニクス　１２／１

26 ＯＰアンプ ＯＰアンプは基本的に ＋－側電源端子 反転入力（＋で表示) 非反転入力（－で表示) 出力 の５本の端子を持つ。
これに微調整用の端子が付いた８本のパッケージのタイプが一般的である。 メカトロニクス　１２／１

27 ＯＰアンプ回路での注意 反転入力は“－”、非反転入力は“＋”で表示されるがこれは信号の電圧が＋やーではないといけないわけではないことに注意が必要。 それに対して、電源の＋ーは電圧の大小を（通常は基準点に対してそれぞれ正負の電圧をとる)表している。 メカトロニクス　１２／１

28 ＯＰアンプ回路での注意 回路図を描くとき電源の配線は接続して当たり前のため省略されている場合がよくある。（この授業での回路図でもこの後は省略する。) 実際の回路を作る場合当然のことながら電源の配線は必ず必要であるので、実際に回路を製作する場合は注意すること。（過去に学生がこの間違いをしたことがある。） メカトロニクス　１２／１

29 ＯＰアンプ回路での注意 通常電源や、信号の基準となる０［Ｖ］の電位の部分を回路ではＧＮＤ（グラウンド）と呼んでいる。実際に地面（大地）に接続することはあまりないが電気回路の表記ではよく使う。 メカトロニクス　１２／１

30 OPアンプ（オペアンプ） OPアンプ(Operational amplifier:演算増幅器）は理想として次のような特性をもつ素子として設計されている １．反転、非反転入力の差を増幅する。 ２．増幅率は∞ ３．入力インピーダンス（信号を出す回路から見てどれだけの抵抗をつながれた場合と同じ影響があるかを示す数値）が∞ ４．出力インピーダンス（信号を受ける回路が電流を流したときの出力の変化の度合いを抵抗に換算して示す数値)が０ メカトロニクス　１２／１

31 ＯＰアンプの構成 メカトロニクス １２／１ 実際のOPアンプは図のように３段の信号処理を行う回路になっている。 １．＋－入力の差を求める回路
２．電圧増幅 ３．出力バッファー（電流を流しても出力電圧の変動が小さいようにする回路) ＯＰアンプの構成 メカトロニクス　１２／１

32 ＯＰアンプ（ＬＭ７４１）の等価回路 メカトロニクス　１２／１

33 各種ＯＰアンプ メカトロニクス　１２／１

34 いろいろなOPアンプ 信号用OPアンプ１ 信号用OPアンプ２ パワーOPアンプ メカトロニクス　１２／１

35 周波数特性 位相特性 典型的なＯＰアンプ特性
周波数特性　　　　　　　　　　　　　　　位相特性　典型的なＯＰアンプ特性 メカトロニクス　１２／１

36 スリューレイト メカトロニクス １２／１ OPアンプの出力の微分値の最大をスリューレイトと呼び、OPの性能の１つの目安になる。
スリューレイトが高くないと周波数が高く、振幅が大きい出力を出せなくなる。 スリューレイト メカトロニクス　１２／１

37 締切り：12月7日17:00 ６号館事務室レポート提出boxまで。
レポート課題１２／１　　 締切り：12月7日17:00　６号館事務室レポート提出boxまで。 図のようなトランジスタ、2本の抵抗、LEDからなる回路がある。a点に４Vの信号が入力されたときにLEDに20mAの電流を流して点灯させたい。 この場合、ＬＥＤに直列に接続されている抵抗R2の抵抗値を求めなさい。LEDを点灯している時のトランジスタのコレクタの電圧は0.3Vとする。また、トランジスタのベースにつながっているR1の抵抗値は何Ω以下であればよいか求めなさい。また、そのときトランジスタのベースに流れ込む電流はどれだけかを求めなさい。 トランジスタのhfe（電流増幅率）は150、 ベース-エミッター間の電圧は0.6V、 コレクタｰエミッタ間の電圧はベース電流を増やしても0.3V以下にはならないものとする。 LEDの両端の電圧は電流にかかわらず2.1V、とする。 メカトロニクス　１２／１