私は趣味でやっているのですが、FETトランジスタのデータシートやチュートリアルを読んだことがなく、BJT派なのです。BJTとFETの比較や、それぞれのタイプに最適な具体的なアプリケーションを扱った議論は見当たりません。私のプロジェクトは、非常にシンプルなスイッチング回路やロジックゲート型の回路です。だから、あるプロジェクトの要件を満たすBJTを手に入れたら、あとはうまくいっているものを使い続けるだけでした。午後はEE-SEでこのことについて調べましたが、いいことがたくさんありました。FETはレベルシフターとしてより一般的な選択肢のようです。私は、一般的なアプリケーションにおけるFETとBJTの長所/短所とトレードオフに関して、誰かが「for dummies"」的な説明を提供してくれることを期待しています。
私は、プロジェクトにこれのレベルシフターを選択しました。 3.3VのGPIOを持つESP8266を使って、5Vのリレーを駆動したいのです。リレーのコイル電流は約100mAです。S8050を使いたいのですが、部品点数が少なく、要求も高くありません。ESP8266でPIRセンサーのピンを読み取るのと、いくつかのトグルスイッチを読み取ってリレーで照明を制御するだけです。上記の回路は良い選択でしょうか?自分で回路を設計しましたが、使用するつもりはありません。それでも、誰かが親切に、いくつかの予感、推測、そしておそらく少しのブードゥーに基づいた私の設計の分析を提供してくれるなら、私の理解を助けてくれるでしょう。
簡単に説明すると、私のベース電流(GPIO出力3.3V - Q1のベース0.7V)/ R2の1Kオーム = 2.6mA は、分圧器R1/R3の電流(5 / (100K +100K) = 25uA)にあまり影響を受けないだろうと推論しています。U1のベースが分圧器の2.5Vを0.7Vに引き下げると推測しましたが、GPIOから供給される2.6mAにどのように影響するかは分かりませんでした。そのため、リンク先の回路を採用しました[ここに画像の説明を入力]。
以上のデータから、前述したような理由で外付けスイッチが必要であることがわかります。リレーが必要な理由は、I/Oピンの電流コンプライアンス、リレーのインダクタンスによる逆起電力、リレーがI/Oピンの電圧より高い電圧を必要とするためです。I/Oを直接使おうとは思わないでください。 また、リレーに必要な電流が少ないので、ほとんどのBJTを使うことができます。 (リレーに必要な電流が少ないので、ほとんどのBJTが使えます(リレーに必要な電流はもっと多いかもしれません。リレーはもっと電流が必要かもしれませんが、たとえ2倍であっても、ほとんどのBJTは比較的簡単に処理できます。いずれにせよ、そうであれば、そう言う必要があります。[編集部:私の回答の下のコメントで、測定した電流が୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘)୨⃛と書かれていますね。それでいいはずです。ただ、以下に書く数値が一部変わってしまいますが) この場合、私はたくさんあるものを使うことにします。OnSemi PN2222Aというデバイスを使います。まず、図11を見てみましょう。 図11: [ここに画像の説明を入力]7。 図11を見ると、多くの重要な情報を得ることができます。1つ目は、スイッチとして動作させる場合、 \$$beta=frac{I_C}{IB}=10$ を推奨していることです(チャート上の一番下のカーブ、つまり飽和した場合の \$V{CE}$ の値ですが、ここで \$frac{I_C}=10$ と明記していますし、同じように一番上のカーブを確認することができます。).ということは、これは $$IB=4\:\textrm{mA}\label{ib}\tag{Ib}$$ となり、I/Oピンの制限内に収まります。ということで、いい感じです。2つ目は $$V{BE}\approx 800\:\textrm{mV}\label{vbe}\tag{Vbe}$$ そのコレクタ電流で(x軸に沿って見てコレクタ電流を求め、次に曲線がy軸の値と交差するところを見上げるだけです)。この最後の詳細は、設計に使用されます。 回路図の準備です。 回路図の作成:編集可能な回路図を維持するために、この部分は編集しないでください。 このセクションを直接編集しないでください。 代わりにプレビューの画像の下にある "edit" のリンクをクリックしてください。-->
R_1$ の値はとても簡単に計算できます。まず、I/OピンがHighのとき、最低出力電圧で動作しているとします。この値は先ほどから既に分かっているはずで、 \$ref{voh}$ となります。また、BJTのベース・エミッタ間電圧の代表的な値も先ほどから分かっていますね、 \$ref{vbe}
。そして最後に、ベース電流の目安である \$ref{ib}
もわかっています。だから、計算すればいい。 $$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{4\:\textrm{mA}}=460\:\Omega\label{r1}\tag{R1}$$ 一番近い値で言うと、" \$470:\Omega$" になります。というわけで、回路図にあるようになります。ダイオードはもちろん、リレーを切ろうとしたときに、リレーの磁界エネルギーが崩壊する経路を提供するものです。それ以外は導通しません。 例えば、I/Oピンが想定以上に強力で、High駆動時に "heavy "状態でも "heavy "状態でも "heavy "状態でも "heavy "になるとします。そうすると、I/O端子とBJTのベース電流は♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪♪「470:ΓΩ」$くらいになりますね。これもちょうどいいし、全然痛くない。ということは、この設計でうまくいくはずです。 BJTのベースからグランドへの抵抗を追加するのには理由があります。1つは、何らかの理由で、ESP8266と接続されていない \$R_1$ の反対側がフローティングになっている場合に、ベースをグランドに近づけておくことができます。そのほかにも理由はあります。しかし、ここでは重要ではないので、その議論は省きます。 EDIT: リレーの電流を(下のコメントで)୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘)୨⃛2.5倍のベース電流にするという考え方もありますね!しかし、このような小信号BJTの多くは、図11を読んで、先ほど提案したよりも高い値の \$$beta$ でも、スイッチとして十分に機能することができます。では、図4を見てみましょう。 [図4を見てみましょう。 ここでは、必要以上に、 \$150**:\textrm{mA}$ と書かれた曲線が表示されていますね。X軸はベース電流の "I_B"、Y軸は "VCE}"です。V{CE}の値が低ければいいというわけではなく、"platea out at around \$100}: \textrm{mV}$" と表示されていることがわかります。これは典型的な曲線であり、保証された曲線ではないことを念頭に置くと、(曲線の膝から)かなり堅い(曲線の膝から遠い)ことがわかります。ということで、୧⃛(๑⃙⃘◡̈๑⃙⃘)୨⃛15~20くらいが良さそうですね。 これらのことを総合すると、今回のリレーの場合は、リレーの負荷が増えるのでベース電流が約2.5倍必要ですが、図4の曲線のように1.5倍から2.0倍程度に落としても大丈夫ということになります。ということは、先ほど計算した \$I_B=4:\textrm{mA}$ → \$I_B=5:\textrm{mA}$ → \$I_B=6.7:\textrm{mA}$ がちょうど良いのかもしれませんね。 では、先程の式で、 \$Pref{r1}$ を計算し直してみましょう。 $$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{5\:\textrm{mA}}=368\:\Omega\label{r1x}\tag{R1 redo 1}$$ $$R_1=\frac{2.64\:\textrm{V}-800\:\textrm{mV}}{6.7\:\textrm{mA}}=275\:\Omega\label{r1y}\tag{R1 redo 2}$$ この2つの間?(オリヴィエ)この2つのうちどれが正解?という感じでしょうか。入出力端子電流のワーストケースは、約 \$7.5:\textrm{mA}$ であるべきです。これは、先に紹介したESP8266のデータシートの表の最大値である「$12:$textrm{mA}」を大きく下回りますが、あまり気にならない程度です。(少なくとも、多数のI/Oピンにわたってこのドライバを繰り返すことが分かっている場合は別です。その場合、ポートまたはデバイス全体に指定された制限があるかどうかを調べに行くでしょう)。
この"voodoo"は必要ありません。R1もR3もここでは不要です。バイポーラトランジスタは、電圧ではなく電流で動作しています。これらの抵抗は、リニアアンプでトランジスタをリニア領域にバイアスするためにのみ必要です。リニア増幅ではなく、高効率のスイッチングが必要なのです。
エミッタ・ベース間電圧はコレクタ電流に依存しますが、一般的には1V程度です。つまり、ベースが3.3Vでベース抵抗が1kの場合、ベース電流は2mA程度になります。
スイッチングトランジスタを使用します。これらはベータ値が高く、非常に低い入力電流で飽和状態になります。高負荷の場合は、ダーリントン型も検討できます。飽和すると電圧降下が少なくなり、トランジスタの発熱も少なくなります。
BJTとFETの一般的な比較。
BJT
FET。
以上、2種類のトランジスタの違いを挙げてみましたが、いかがでしたでしょうか。私の教育経験では、趣味のプロジェクトでは95%がBJTですが、大規模で高密度のプロジェクトでは、ほとんどのデジタル回路がCMOSであり、アナログとデジタルの両方を同じプロセスで生産する方が安いので、CMOSが主な選択肢になるようです。