DCモーターの回転数を変えてみる
前のページでDCモーターは、加える電圧で回転数が変わるということがわかりました。
そしてさらに、回転数と電流値はあまり関係なく、電流値を変えても回転数を変えることは難しそうなこともわかりました。
また、トランジスタのページで試したように、電流増幅用のモノポーラトランジスタを使って、エミッタ接地回路でベースに加える電流値をボリュームを使って変えることで、100ｍA程度の電流を制御できそうだということがわかりましたので、100ｍA以下で回転するDCモータ（FA130）を使って、実際に簡単に速度制御ができるのかどうかを試してみたいと思います。
ただ、ここで残念な「ネタバラシ」をしておきますが、ボリュームを使って、徐々に電圧を加えるという方法では、最初の回転を起こすところで問題が出ました。
うまく低速から、回りだしてくれませんので、実際にこの考え方を使ってDCモーターを使って何かを動かす場合は、MOS-FETによるスイッチ機能を使うなどの、さらに検討が必要になりそうですが、その方法は後にしたいので、ここでは取り上げていません。
それはともかく、ボリュームでトランジスタのベース電流を変化させると、モーターの回転数が変化することがわかりましたので、これは、何かのヒントになるでしょう。
当初は、ボリュームを使って、モーターの正転と逆転と速度コントロールを行おう・・・ということを目論んでいたのですが、低速からの起動時の問題のために、スムーズな動作は多分できないので、ここでは、その考え方だけを紹介して、DCモーターの使い方の紹介は終わりにします。
トランジスタを使った基本回路
純正ではない手持ちのDCモーター（FA130）は、100ｍA以下の消費電流で、1.5～3Vが動作電圧ですので、今までの基本回路が使えそうです。
テスターで2ヶ所の電流を測ります。
今まではLEDを使って明るさを変えたのですが、これをDCモーターに変えるのですが、トランジスタのベースに加えるための抵抗（LEDのときには33ｋΩを使用）では、コレクタ電流が20ｍA程度でしたので、ここでは、コレクタ電流を100ｍA程度流したいので、抵抗値を変更します。
この計算は、何回か出てきているので、覚えていただいたと思うのですが、忘れた方は、こちらのページを見て確認ください。
電流増幅率を100とすると、コレクタに流したい電流が100ｍAなので、0.1/100＝0.001A、すなわち、ベース電流は10ｍA程度流してやる必要があります。可変抵抗の100ｋΩからアースに流れる電流は微小なので無視するとして、必要な抵抗値を求めると ・・・
R=E/I＝（5-0.7）/0.001＝4300Ω になります。しかし、使用しているモーターは、コレクタ電流は50ｍA程度もあれば充分回ってくれたので、ここでは、10ｋΩの抵抗器を使うことにしました。
これでいいのかどうかを検算（逆算）をすると、I=E/R=（5-0.7）/10000＝0.43ｍAですので、増幅率が100であれば、0～43ｍAの電流が制御できることになります。（ちょっと不安だったら5ｋΩ程度にしたほうがよかったかもしれません・・・）
【参考】
もしも、コレクターに異常な過大電流が流れそうなら、モーターに直列に、電流制限抵抗を入れてやればいいですね。
このように、最初は、いろいろな不安がありますので、テスターなどで電流を測定するクセをつけるようにしましょう。
この場合は、モーターの適正電圧は1.5～3Vですので、電源の5Vから2Vを低下させて、そして100ｍAを流してやればいいので、 R=E/I ＝2/0.1＝20Ω の抵抗を使えばいいことになります。 消費電力はP=IE から、0.02Wなので、1/8W型の小さい抵抗器で問題ありません。
以上、今までのおさらいを兼ねて計算しましたが、できましたでしょうか。
ブレッドボードで回路を組んでみます
ベース電流、モーターにかかる電圧、モーターに流れる電流をテスターを利用して測ります。テスターが2つしか無いので、別々に測りました。
テスターのマイナス表示は気にしないでください。結線を入れ替えればいいだけですから。
この結果から、（単純計算ですが） 電流増幅率は1.5Vで254、3.5Vで195 です。
もちろん、安価なテスターの値ですので、正確ではありませんが、最初は100と仮定したのですが、その値以上になっているので、結果的にはうまく行ったようです。
ただ、モーターが回転していると、このようなグラフが得られるのですが、モーターが止まっている状態からボリュームを回して回転させようとすると、ベース電流はどんどん上がるのですが、モーターが回ってくれずに、止まったままのために、モーターにかかる電圧が「0」のままです。
電圧がかからなければ、電流が流れないということで、これはちょっと問題です。
手で少しモーターを回してやると、ベース電流に見合った電圧が加わります。
このようにボリュームではなく、いっきにモーターに1.5V加えれば確実に回ってくれるのですが、徐々に加えると回り出さないのには困ってしまうのです。
これは（解決できるかどうかわかりませんが）必要な時が来たら考える・・・ということにします。
電気の流れは「水流」に例えられるのですが、電圧がかかっていなければ電流が流れないという、まさにこの例です。トランジスタをスイッチのようにして電圧がかかるようにしないと、この方法ではうまく行かないようです。
当初は、ボリュームを回すことで正転と逆転、さらに、速度コントロールをしよう・・・という目論見があったのですが、モーターが低速からスムーズに回ってくれなければ、どうもうまくいきそうにないので、ここでは、最初に考えていたイメージだけを示して、このあとの回路の組み立てや実験は断念します。
考えていた回路 （ここでは、製作や動作確認はしていません）
これは、電源を2つ用意して、さらに、コンプリメンタリ・ペアのトランジスタを用いることで電流の方向をボリュームによって変えようとして考えていた方法です。
（NPNとPNPを2個づつ（計4個）を使ってHブリッジ回路を考えるというやり方もありますが、いずれにしても、問題がありそうなので、何が問題なのかを考えたいと思います）
コンプリメンタリ・ペアとは、特性のよく似たNPNとPNPトランジスタの組み合わせのことですが、今まで使っている2SC1815は、カタログにも書いていますが、2SA1015が対応します。
これを使って、ボリュームを回す位置で電流の流れ方と大きさを変えてやろう・・・という考え方です。
ただ、この図は書きやすいように、コレクタ接地の図になってしまいましたが、エミッタ接地にするといいでしょう。
ただ、これを実際に組んでテストをしても、多分、モーターの回りはじめがうまく行かない可能性がありそうなので、ここでは、イメージだけしか示していません。（多分、試すこともないでしょう）
その対策は、いつか考えることにしますが、例えば、ある電流で1.5V以上になるタイミングで電流を流すとか、手動のスイッチを用いて回転方向を切り替えるようにしておいて、スイッチを切り替えたときには、すくなくともモーターが回転する1.5V以上が一気に加わるようにして、モーターが回ってからは、ボリュームで電流調整して電圧が加わるようにするとか・・・・などを考えないといけない感じがします。トランジスタをスイッチのように使う方法もあるでしょう。
これらは、何かを作る時に必要になれば考えるということにして、ここではこれ以上深入りしないでおきます。
以上、ここでは、小型でたまたま消費電流が少ないDCモーターが手元にあったので、安価なバイポーラトランジスタを使って何かできないかを考えて記事を書いてきましたが、最終は、中途半端で終わり申し訳ありませんでした。
しかし、電子工作では、考えたことがうまく行かない・・・というような問題は通常的に起こります。それが楽しみと考えて、いろいろな方法を試すことも面白いことです。
今回使ったFA130が正規のモーターであれば、150ｍA以上の電流値が必要なので、使うトランジスタも2SC1815ではダメでしたし、ここで示した数字も、大幅に変わってきたはずです。
このように、このHPでは、誰かが考えた設計図ややり方をそのまま真似るのではなく、いろいろやってみてヒントややり方を探ったり考えたりするのが目的ですので、その趣旨を理解して、オリジナルな電子工作を楽しめるようになっていただけたら・・・と考えています。中途半端な点はお許しください。
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