楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント

バイポーラトランジスタの互換性をみてみよう

  

前のページでは、バイポーラトランジスタ2SC1815を使ってLEDの明るさを変える回路を作って、動作をさせるための抵抗値を求めましたが、このような動作は、2SC1815でなくても、低電力増幅用トランジスタであれば同じように使うことができます。

ここでは、手持ちのNPNのトランジスタを使ってそれを確かめてみます。

実験したNPNトランジスタ

NPNトランジスタ

  

前のページで使用したのは、写真左の2SC1815でしたが、手持ちの電力増幅用のNPNのバイポーラトランジスタで、2N2222、2N3904、2SC945・・・などがあります。ブレッドボード用に足を曲げています。


これらのトランジスタは、Amazonでセットで購入したもの  で、1つあたり5円以下と非常に安く、よく似たセットが数多く販売されていますので、色々実験がしたい方はチェックされるといいですよ。(メーカーもはっきりしませんが、使うには問題ありませんし、不良品も皆無です)

ここでは、これらが2SC1815と同じように使えるのかどうかを確かめてみます。

データシートで確認します

WEBでデータシートが公開されていますので、それを見ます。

「最大定格」と「電気的特性」を見るのですが、日本語ではないものも多いので、何回か見て訳すなどをしながら、徐々に慣れていくしかないでしょう。

これは東芝の2SC1815の日本語版と英語版の抜粋です。

2SC1815の定格等

2SC1815はNPNトランジスタですので、同じNPNであれば、このHPで扱っている、直流電力(電流)増幅をするためだけのものなので、「最大定格」に注意すれば、難しいことは考えなくても多くのものが互換して使えると考えていいでしょう。

互換のための特性比較

いろいろなトランジスタの特性値をピックアップして表にしてみました。

引用したデータシートのメーカー名を書いていますが、私の持っているものが、このメーカー製かどうかはわかりませんし、さらに、WEBで公開されている色々なメーカーのデータシートを比べてみても、微妙に数値が違っているものもあります。

その程度は電子工作の範囲では全く問題ないのですが、それが気になる方は、私が購入したようなセット購入は避けたほうがいいでしょう。


下の表は2SC1815と「何が違うのか・・・」ということがわかりやすいように、特徴的な部分を色付けしています。

NPNトランジスタの比較表

型番が違うと、それぞれの特徴は違うのは当然ですが、電源電圧が低くて、流すコレクタ電流も小さい電力増幅用のような用途では、どれを使ってもそんなに変わらないだろう・・・ということが予想できます。

注意しないといけないのは、1・2・3 と書いたところです。

対応している E:エミッタ・B:ベース・C:コレクタ の位置が型番によって異なっていますので、接続する場合はデータシートを見て、確認しなければなりません。

確認用の回路

今回は、下の回路でコレクタ電流とベース電流を測定して比較しました。

トランジスタの動作確認用回路

このの 220Ωや33kΩ については、前のページで求めた数字で、トランジスタの違いを見るためですので、少々の誤差は問題外ですので、特に実測はしていません。

上右のように回路を組み、トランジスタを付け替えて、それぞれ2箇所の電流値を測ります。

同じ部品や計器を使って、トランジスタ部分だけを変えるので、その結果が同じような値になれば、互換性があると考えていいでしょう。

もしも違っていれば?・・・ その時は、その時です。

ブレッドボードに回路を作ります

実験の様子

ごちゃごちゃしていますが、皆さんは、もっとシンプルに配線・配置をしてくださいね。

特に、トランジスタの型番で、3本の足の配列が異なっていることを常時気をつけておいてください。

2SC1815の外観 東芝資料

これは東芝の2SA1815のデータシートの図ですが、どのデータシートも、このような位置から見たものになっているようですが、この足(ピン)の位置を間違わないように配線をしましょう。

5種類について測定しました

上表の前から5つの型番について測定しました。

2SC1815を基準にして、大電流が流せる2N2222、それとよく似ているけれど電流量が少ない仕様の2N3904、コレクタ損失の少ない2SC945、高周波用のS9018 です。

測定では、順番にトランジスタを取り替えて、テスターで2ヶ所の電流を測定しています。

その結果は次のようになりました。 増幅率は、負荷電流/ベース電流で計算したものです。

各トランジスタの測定値

このように、若干の違いはありますが、概ね、どれも同じような値になっています。

すなわち、トランジスタの仕様が似通っているなら、同じものを使えばいいということになりました。

100mAの負荷の場合はどうなるでしょうか?

今回は、LEDに流れる電流が13mA程度でしたが、例えば、100mA程度の電流をながすとどうなるでしょうか。

実験はしていませんが、データシートの値から、頭で考えてみます。

上表で見ると、最大定格のコレクタ電流値を見ると、2SC945、S9018、S9014 などは使えなくなります。

モーターを回す場合などでは、コレクタ損失に示されるワット数を超えないようにしなければなりません。(電力W=電流Ix電圧V)

2SC1815のコレクタ損失は400mWで、3Vx130mAでモーターをつかうと「ヤバい・・・」ということになります。 

この場合は、リレーを使ったり、電流量の大きいトランジスタをつかうといいのですが、流れる電力が大きくなると特に、電流の作用で抵抗やトランジスタは発熱することにも注意します。

発熱量は「(0.24xIxVx秒)カロリー」で、単位時間で見るとそんなに大きいものではなさそうですが、熱が滞留したり、周囲温度が高いと影響が出ます。

特にトランジスタの場合は、(ここでは示していませんが) 手でさわれない温度(約50℃)以上にならないようにしなければなりません。

手で触れないような温度では、許容コレクタ損失が常温の半分程度になっているので、もちろん、十分な性能は保証されません。

そして、トランジスタの内部温度が高くなりすぎると(2SC1815は125℃で)、トランジスタが破損します。

また、トランジスタだけではなく、使用する抵抗値にもワット数があります。 特にコレクタ電流で、計算値の3倍を考えて抵抗器をつけることが必要になってきます。

*****

次のページでは、そのダーリントン結合をバイポーラトランジスタを使って紹介をすることにします。

→安価なトランジスタで高い増幅率を得るためのダーリントン結合の話

→ INDEX(目次)のページへ


  
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