Arduinoとトランジスタを用いたスイッチング回路の組み方がわかりません

Arduinoとブレッドボードを用いて『タクトスイッチが一度押されるとDC12Vのファンが作動する回路』を構築したいのですが、回路を組むにあたってトランジスタを使う必要があり、回路の組み方がわかりません。プログラムは以下の通りです。要するに８番ピンにつながったタクトスイッチを押した時に１３番ピンにつながったファンを作動する回路を組みたいです。お聞きしたいこととしては以下の３つです。よろしくお願い致します。
①トランジスタのスイッチング回路を組むときの各抵抗値の計算方法がわからない
下図が現時点でイメージしている回路図なんですが、これは正しいでしょうか？
②2SC1815Yのトランジスタを使用していますが、スペック的に問題ないかどうか、問題があれば今回の要求を満たすオススメのトランジスタを教えて欲しいです。
③タクトスイッチを押すと作動する回路とトランジスタの回路を、どのように組み合わせてダイオードや抵抗をブレッドボード内に配置すべきかがわかりません

int buttonstate = 0;
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
pinMode(8, INPUT);
}

void loop() {
buttonstate = digitalRead(8);
if (buttonstate == HIGH) {
digitalWrite(13, HIGH);
}
else(buttonstate == LOW) {
digitalWrite(13, LOW);
}

}

fumu7

2021/02/21 06:57

スペック的に問題ないかどうかは、モーターとトランジスタ、電源、グラウンドなどが、どのように接続されているのか、モーターの仕様(どのぐらいの電圧でどうさするのか、その時の電流はどのぐらいか)、電源の仕様(出力電圧はどのぐらいで、どのぐらいまで電流を供給できるのか)、といった条件が明らかにされないと検討できません。こうした情報を質問に追加して下さい。

1T2R3M4

2021/02/21 07:54

プログラミング以外のトピックならばArduinoの公式コミュニティ等で聞いてください https://forum.arduino.cc/index.php?board=5.0 https://forum.arduino.cc/index.php?board=9.0

行動規範の内容に同意します

回答2件

CPUの出力は５Vでますので、あとはトランジスタの出力にどんだけ電流流したいのか、です
トランジスタの増幅度（hfe）は、１００程度ありますんで、例えば、１００mA流れるファンであれば、トランジスタのベースには、1mA以上の電流を流す必要があります
まあ、あまりぎりぎり狙うと、ファンの方のばらつきで１１０mA流れるファンにあたったら速度が遅くなるとかあるので、余裕を５倍ぐらい取りましょう

ということで、CPUの５Vの出力で、5mA流す、となると、オームの法則で１KΩの抵抗を出力とベースに繋げばいいという話となります

投稿2021/02/21 07:00

y_waiwai

総合スコア88042

sso1

2021/02/21 12:11

コメントありがとうございます。使用しているファンは以下のURLのものなんですが、12Vに繋いだ時にファンに流れる電流の求め方が知りたいです。電力が1.2Wなので1.2/12=0.1Aでしょうか？ https://www.amazon.co.jp/gp/product/B00YH7A7LY/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o03_s00?ie=UTF8&psc=1

y_waiwai

2021/02/21 12:15

計算式はそのとおりです、が、モータは起動時に大きな電流が流れます。そのトランジスタだと最大定格で１５０mAなので、ちょっと心もとないですねもうちょっと大きなトランジスタ（数A～十数Aクラス）を選定したほうがいいでしょうね

sso1

2021/02/21 13:50

なるほど、承知致しました。そういう意味で余裕を５倍くらい取るべきなんですね。では最大で500mAほど流れると考えてそれに耐えうるトランジスタと抵抗値の設定をする必要がありますね。

行動規範の内容に同意します

逆に聞くと、わかっていることはなに?

①トランジスタのスイッチング回路を組むときの各抵抗値の計算方法がわからない

考えている回路を示して下さい。

②2SC1815Yのトランジスタを使用していますが、スペック的に問題ないかどうか、問題があれば今回の要求を満たすオススメのトランジスタを教えて欲しいです。

使用しているファンにもよりますが、多分不適です。C1815はIcが150mAだっと思います。これは、「一瞬でも超えてはいけない値」です。一方、ファンの電流表示は平均値でしかなく、特に起動時などは大きな電流が流れるため、殆どの場合にスペックを満たさないでしょう。
パーツ屋例えば秋月のNPNのトランジスタのページを表示して、Vceが30V以上、Icが1A以上の適当なものを探せば大体イケるでしょう。

③タクトスイッチを押すと作動する回路とトランジスタの回路を、どのように組み合わせてダイオードや抵抗をブレッドボード内に配置すべきかがわかりません

その程度の回路なら、電気的にちゃんと繋がっていれば難しく考えることはありません。

なんで質問を画像でいれるかなぁ...まぁいいか。
Q1.
そもそもファンがないですね。

必須とはいいませんが、私だったらファンに並列に0.1μFぐらいのコンデンサをいれてノイズ抑え、さらにダイオードもファンに並列に入れてモーターのコイルの逆起電力を吸収させます。( 'モーター並列ダイオード'とかでググればそういう話は出てくるでしょう)

Q2.
ファンに流したい最大電流をI、トランジスタの直流増幅率をHfeとしたとき、ベース電流がI/Hfe以上になるようにします。マイコンの出力電圧Vout、シリコントランジスタのベース－エミッタ間順方向電圧Vbe(0.7Vぐらい)とするとベース電流は(Vout-Vbe)/Rとなります。
つまり
I/Hfe>(Vout-Vbe)/R
を満たすRを求めればいいわけです。
Hfeはトランジスタのデータシートで調べて下さい。ばらつきが大きいので、設計としてはばらつきの範囲で一番低いHfeで計算することになります。コレクタ電流Icをたくさん流せるトランジスタは傾向としてHfeも低めになります。もちろん、ベース電流はたくさん流せばいいというものではなくて最大定格は決められていますし、マイコン側の出力電流の制限もあります。まぁ10mA以下にしておいた方がいいですね。もし、ベース電流10mAで足りないということだと、トランジスタを2段以上つなげることになります。安直にダーリントン接続とかすると通電時のコレクタ－エミッタ間電圧(Vce)が増えて発熱が大きくなるのでちゃんと考える必要があります。

投稿2021/02/21 08:42

編集2021/02/21 14:14