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えののえ
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トランジスタとライントレースカー作成阪府学太正哉改変奈良教育学薮哲郎最終修正時 206.5.2 的ライントレースカーを製作することにより回路図の読み各種回路素の理解電作の技術を習得します 2 解説 2.

1 トランジスタとライントレースカー作成阪府学太正哉改変奈良教育学薮哲郎最終修正時的ライントレースカーを製作することにより回路図の読み各種回路素の理解電作の技術を習得します 2 解説 2. トランジスタトランジスタはさまざまな電気電機器の回路に搭載される最も重要な電部品のひとつですトランジスタは電流を増幅する機能を持っています飽和領域でいると電流をオンオフするスイッチング素として利できます本実験ではトランジスタをスイッチング素として利しますトランジスタは導体と絶縁体の中間の性質を持つ半導体にリンなどの 5 価元素を不純物として加えた n 型半導体と 3 価元素のホウ素などを加えた p 型半導体を組み合わせて構成されますバイポーラ型トランジスタは npn 型と pnp 型の 2 種類がありそれぞれコレクタ (), ベース (), エミッタ () の 3 つの端を持っています図にバイポーラ型トランジスタの構造と記号をします npn 型トランジスタのが周波数特性が良いのと回路の設計がしやすいのでよく使われます図 2 に npn 型トランジスタの定番である 2S85 の外観をします ( ただし 200 年頃に廃盤になりました ) n p n (a) npn 型 (b) pnp 型図バイポーラ型トランジスタの構造と記号 p n p 2.2 トランジスタの基本特性図 3(a) にトランジスタの特性を表すための電圧と電流のとりをしますベースからエミッタに向けて流れる電流 I をベース電流コレクタからエミッタへ流れる電流 I をコレクタ電流と呼びますキ図 2 2S85 の外観平らなを前にして左から,, と並ぶエクボと覚える

2 I I I コレクタ電流 [ma] V 0.0 I V ベース電流 [ua] 0.6V ~ 0.8V (a) 電圧電流のとり (b) ベースエミッタ間の特性 (c) ベース電流とコレクタ電流の関係図 3 トランジスタの特性ルヒホッフの法則により I = I + I が成しますそして以下の関係があります I I LD I = I はトランジスタの増幅率でくらいの 2 I 2 V 値をとりますトランジスタは電流を増幅する素です図 4 LD 点灯回路 npn 型トランジスタはベース端が p 型半導体エミッタ端が n 型半導体であるためベースエミッタ間の特性はダイオードと同じですベースからエミッタに向かって電流を流すように電圧をかけると電流が流れますトランジスタをスイッチとしているときベース電流は沢流すか全く流さないの者択なので図 3(b) のように近似することができますベース電流 I とコレクタ電流 I は図 3(c) のようにほぼ直線になりますここでは 2S85 の特性を例としてします課題図 4 の回路について次の問いに答えなさいただしトランジスタの特性は図 3(b) で表され V < 0.7V のとき I = 0 であり V が 0.7V 以上になろうとしたとき I はいくらでもきくなることを仮定します () = 7V 2 = k とします I = 0 となるの範囲はいくらですか分圧の式を利して求めなさい (2) = k, 2 = k のとき I を求めなさい 2

すようにラインを感知するセンサが地を感知したときは右モータが回転しラインの地を感知したときは左モータが回転するように設計されていますこの繰り返しによりはラインの境界に沿って蛇しながら進みます全体写真を図 5(c) にしますマークマーク 2 5 センサには ds セルをいます ds

3 黒を感知 L 白を感知 LD ds セル制御回路 L (a) 構造 (b) 動作原理 (c) 全体写真図 5 ライントレースカーの構造と原理 (3) がk から 50k まで変化すると I の値はどのように変化するか考察しなさい 2.3 ライントレースカートランジスタの応としてライントレースカーを製作しますライントレースカーは地に描か ds セル LD れた線に沿って進む移動体です今回製作する反射型ライントレースカーは図 5(a) にすように 2 図 6 ds によるラインセンサつのモータを持ちます図 5(b) にすようにラインを感知するセンサが地を感知したときは右モータが回転しラインの地を感知したときは左モータが回転するように設計されていますこの繰り返しによりはラインの境界に沿って蛇しながら進みます全体写真を図 5(c) にしますマークマーク 2 5 センサには ds セルをいます ds セルは受光素の種で光が当たると抵抗値が下がります図 6 のように LD で地を照らしその反射光を ds セルで受光します地であれリレーコイル 2 0 5,6 図 7 リレーの概観とピン配置ば反射光が多く受光され地であれば反射光が少なくなりますモータの切替にはリレーをいます図 7 にリレーの構造をしますリレーは内部のリレーコ 3

4 イルに電流を流すことでコイル内の鉄を電磁にしてスイッ LD D ds K チを切り替えます図 8 がライントレースカーの回 2 路図です ds セルが地を感知しているときは ds の抵抗値が V くなりトランジスタのベース図 8 ライントレースカーの回路図には電流が流れずコレクタ電流が流れませんこれによりリレーが動作せず左モータが回転します ds セルが地を感知すると ds の抵抗値が下がりベース電流が流れコレクタ電流が流れてリレーが動作しスイッチを切り替えて右モータが回転しますベース電流がほとんど流れずコレクタ電流が遮断されている状態をトランジスタが off 状態であるといますまた逆の場合をトランジスタが on 状態であるといますリレーが off になるときにリレー両端に瞬電圧が発しますこのときの電圧でトランジスタが破壊されないようにするため環流ダイオード D をれています 3 実験および製作 3. ds による LD 点灯制御回路 3.. 使機器および部品等 () 表にす部品 (2) ブレッドボード (3) テスタ表 dsによるld 点灯制御回路の部品リスト記号品名値型名数量トランジスタ 2S85 ds dsセル V 可変抵抗 0kΩ 抵抗 200Ω LD 発光ダイオード電池 006P 9V 電池スナップ 3..2 実験法 () ds セルの受光に分光をあてたときと指などで分閉じたときのセルの両端の 4

ds I LD 抵抗をテスタで測定し抵抗値の変化の範囲を確認しなさい ds の抵抗値 ( 明 ): k ds の抵抗値 ( 暗 ): k V (2) 図 9 の回路をブレッドボード上に作成しなさい ds の受光を指で開閉するのに合わせて図 9 ds による LD 点灯制御回路 LD が点滅するように可変抵抗を調整します (3) LD 点灯時の電池の電圧をテスタで測定しなさい次に

5 ds I LD 抵抗をテスタで測定し抵抗値の変化の範囲を確認しなさい ds の抵抗値 ( 明 ): k ds の抵抗値 ( 暗 ): k V (2) 図 9 の回路をブレッドボード上に作成しなさい ds の受光を指で開閉するのに合わせて図 9 ds による LD 点灯制御回路 LD が点滅するように可変抵抗を調整します (3) LD 点灯時の電池の電圧をテスタで測定しなさい次に調整した可変抵抗を回路から外しその抵抗値を図 0 を参考にして測定しなさい電池 : V 可変抵抗 V: (4) ()(3) の結果から ds が明るい場合と暗い場可変抵抗ドライバで回転させると -2 間 2-3 間の抵抗値が変化する合の I を計算で求めなさいただし V は 0.8V としなさいまたベース電流をテスタで測定し計算値と較しなさい表示 03 条件計算値 [ma] 測定値 [ma] =0[kΩ]( 最大値 ) 明るいとき暗いとき抵抗値を測定するときは必ず周辺回路から切り離し使した 2 つの端間を測定するテスタ 2 3 図 0 可変抵抗の概観と測定法 5

6 3.2 ライントレースカーの製作 3.2. 使機器および部品等 () 表 2 にす部品 LD D ds V K 2 (2) 壁づたいメカ作セット ( タミヤ ) 図ライントレースカーの回路図製作 () 図がライントレースカーの回路図です ( 図 8 と同 ) この回路を図 2 にすユニバーサル基板上に組みなさい図 2 上に各部品の配置配線図を作成しなさい (2) 作成した配置配線図通り実際の部品を取り付けます (3) 実際に動作させて半固定抵抗 V を調整します注意事項トランジスタはソケットに取り付けます 9V 電池を接続する端はソケットにします 9V 電池の電源ケーブルはスイッチを途中に取り付け先端はブレッドボードの堅いケーブルをいます表 2 ライントレースカーの部品リスト記号品名値型名数量トランジスタ 2S85 ds dsセル K リレー G5V- LD 発光ダイオード D ダイオード S588 V 可変抵抗 0kΩ 抵抗 200Ω /4W 電池 006P 9V 2 電池.5V 単 3 スイッチ 2 電池スナップユニバーサル基板 A D F G H I J K L N O + ds LD 図 2 ライントレースカーの実体配線図

7 参考資料トランジスタ 2S85 の V I 特性の正確なグラフを図 3 にします 3 つのグラフは同じデータに基づいていますが I の最値の取りによって形がかなり異なってえますこのグラフのデータは回路シミュレータ Tina をいて求めました I b [ma] I b [ma] V be [V] V be [V] (a) I b の最値は 000mA (b) I b の最値は 0mA I b [ua] V be [V] (c) I b の最値は 00uA 図 3 2S85 のベースエミッタ間電圧電流特性おわりに本教材をご利の際は阪府学の太までご連絡下さい 7

Microsoft PowerPoint pptx

Microsoft PowerPoint pptx 3.2 スイッチングの方法 1 電源の回路図表記電源ラインの記号 GND ラインの記号シミュレーションしない場合は省略してよいポイント : 実際には V CC と GND 配線が必要だが線を描かないですっきりした表記にする複数の電源電圧を使用する回路もあるので電源ラインには V CC などのラベルを付ける 2 LED のスイッチング回路 LED の明るさを MCU( マイコン ) で制御する回路