Transistor Circuit
実験：トランジスタの動作
本実験では，トランジスタの動作を回路を作りながら学びます．
トランジスタ
小学校で豆電球と電池，スイッチを使った電気回路を学んだことが
あると思います．また，高校で抵抗やコンデンサ，コイルを用いた
回路を学んだ人もいるかと思います．それらの回路動作は基本的に
「オームの法則」と
「キルヒホッフの法則」に基づいていま
す．
- オームの法則
- R[Ω]の抵抗に電圧Vを印加したとき，抵抗を流れる電
流は印加した電圧に比例する．
V=RI
- キルヒホッフの第１法則（電流則）
- 回路網の交点に流れ込む電流の代数和は０である．
I1+I2+...+In=0
- キルヒホッフの第１法則（電圧則）
- 回路網の任意の閉じた回路に沿って１周するとき，起電力の代
数和は各部の電圧降下の代数和に等しい．ただし，１周する向きに
流れる電流を正とし，その向きに電流を流そうとする起電力を正と
する．
V1+V2+...+Vm=E1+E2+...+En
抵抗，コンデンサ，コイルのような「受動素子」はこれらの法則の
みで回路の動作が決まります．
一方，ダイオードやトランジスタと言った半導体は「能動素子」と
呼ばれ，上記の法則だけでは説明ができない動作をします．
例えば，一般的なダイオードは一方向にしか電流が流れない電子素
子です．印加した電圧と流れる電流が比例するオームの法則に従い
ません．
また，トランジスタは電流増幅素子で，
入力した電流に比例した電流を出力する電子素子です．
ここではトランジスタの電流増幅の様子を簡単な回路で確かめてみ
ます．
トランジスタは３端子の電子素子です．トランジスタには多くの種
類がありますが，今回使うNPNシリコントランジスタの端子にはＢ
（ベース），Ｃ（コレクタ），Ｅ（エミッタ）という名前がついて
います．ベースは電流の入力端子です．この端子から流れ込む電流
の定数倍の電流がコレクタからエミッタに流れます．
トランジスタが動作しているときは，ベースの電圧はエミッタより
０．６〜０．７Ｖ程度高い電位を保ちます．
この性質以外は受動素子の場合と同じ性質で動作します．
図１：NPNトランジスタ
さて，実際にトランジスタを動作させてみましょう．
簡単な回路例として，「おふろブザー」について考えます．
おふろブザーは，風呂桶の水が一定の水位まで到達すると
ブザーで満水を知らせるものです．
ブザーを鳴らすには大きな電流が必要です．水をスイッチ代わりに
しても大電流を流すことはできません．そこで，小さな電流を大き
くする（増幅する）ためにトランジスタを使います．
図２にトランジスタを使った「おふろブザー」の回路を示します．
端子に水が接触するとベースに電源から微小電流が流れます．する
とコレクタからエミッタに向けてそれより大きな電流が流れ，ブザー
が鳴ります．
図２：おふろブザー回路
このように，トランジスタは小さな電流で大きな電流を制御する電
流制御する電子素子なのです．（電圧で電圧を制御する素子ではないことに
注意しましょう）
実験に必要な部品
| 品名 | 規格・型番 | 個数 |
|---|
| トランジスタ | 2SC1815 | 1 |
| 抵抗 | １ｋΩ（１／８Ｗ） | 1 |
| ブザー | １．５Ｖ用 | 1 |
| ラグ板 | ８端子 | 1 |
| コップ | 水を入れたもの | 1 |
| 電線・半田 | --- | 少々 |
実験１
電線の端の被覆をむき，それを満水を感知するスイッチとし，ブザー
と安定化電源を（出力電圧を1.5[V]に設定）直列に接続した回路を
作成せよ．
スイッチ間を短絡するとブザーが鳴動することを確かめよ．
実験２
スイッチとしての電線を水に浸してもブザーが鳴動しないことを確
かめよ．
実験３
トランジスタの電流増幅作用を確認するために，図２の「おふろブ
ザー」回路を作成し，動作を確認せよ．
回路はラグ板上に半田付けして作成せよ．ただし，電源の出力電圧
を3[V]とせよ．設計（デザイン）は各自で行なって良い．
ただし，素子間配線はできるだけ短くせよ（その
ほうが見栄えも性能も良いことが知られている）．
作成例
半田付けの方法
- 半田付けの手順について説明せよ．またどのような状態の半田
付けが良いのか説明せよ．
- 抵抗素子は本体に付けられた色帯によってその値が示されてい
る．色帯と抵抗値の関係を調べよ．
- 実験２で確かめたように水のような絶縁体であっても微小電流
が流れる．ゴムや大理石等の１メートル当たりの抵抗値はどれくら
いか，調べよ．
- 水位センサとして利用している電線の端の被覆をむいたものの
形状はセンサの感度のから考えると重要である．
どのような形状のものが最適と考えられるか，理由とともに答えよ．
- 実験３で作成した回路中にある１[ｋΩ]の抵抗は何のためにあ
るのか，説明せよ．
ヒント：回路はいつ苛酷な環境にさらされるかわ
からない．また，人間は回路をどのように取り扱うかわからな
い．設計者（デザイナ）は，どのようなことがあっても安全で壊れ
にくい製品を作るための工夫が必要である．
2002.04.09.
fmiso@sccs.chukyo-u.ac.jp