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簡単治具製作シリーズ
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| hFEチェッカーの製作 |
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| 2011年2月 KY |
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| ◎hFEとは |
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hFEとは図1のようにエミッタ共通（接地）回路におけるコレクタ電流とベース電流の比です。 |
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ベース電流にわずかな直流電流が流れると、大きなコレクタ電流が流れます。 |
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つまり、増幅をおこなっていて、この直流の増幅率を「直流電流増幅率hFE」と言います。 |
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| ◎hFEの値は同じトランジスタ品種でもばらつく |
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hFEは同じトランジスタ品種でもその値に「幅」があり、hFEの値をランク分けしています。 |
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例えば、東芝の2SC1815などは以下のようなランク分けです。 |
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Oランク ： hFE範囲 70～140 |
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Yランク ： hFE範囲 120～240 |
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GRランク ： hFE範囲 200～400 |
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このようにhFEの値には「幅」がありますが、指定のランク内、またはどのようなランクが |
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あっても正常に動作するように回路設計します。 |
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| ◎hFEチェッカーを作る |
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hFEの値が分かればトランジスタの「良否」判定またはNPNとPNPの「ペアトランジスタ選別」 |
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に便利です。（注意：正確にはhFEのみではペアトランジスタになりません） |
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そこで、簡単にhFEが分かるチェッカーを製作しましたので紹介いたします。 |
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| ◎hFE測定の原理 |
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○ベース電流 |
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図2にhFEの測定原理を示します。 |
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図2
a) は抵抗Rを用いてベースに電流を流します。 |
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これにより、ベース電流とコレクタ電流をDC電流計を用いて電流を測定すれば、この電流比 |
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を計算することにより求まります。 |
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しかし、この方式では電源電圧Vccの値によりベース電流が変化してしまい、その都度、 |
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各電流を測定する必要があります。 |
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そこで、図2 b)のようにベース電流は「定電流源」により、常に一定電流を流すことを考えて |
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みます。 |
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この場合、ベース電流は電源電圧によらず、常に一定値です。 |
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したがって、このベース電流を計算しやすい値、例えば「10μA」のようにしておけば、 |
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コレクタ電流のみ測定すれば良く、また、ベース電流が「きりの良い数値」ですから、 |
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hFEの計算は暗算ですることが可能です。 |
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今回の試作はこの定電流による方式を採用しています。 |
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○定電流源 |
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定電流源には「接合型FET」(JFET)を用いています。 |
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図3にJFETの特性を示します。低電圧領域でなければドレイン電流はVDSに依存しなくなり、 |
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ゲート・ソース間電圧により決定されます。 |
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これを利用し、ゲート・ソース間を接続すればゲート・ソース間電圧は0Vになり、IDSSのドレイン |
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電流が流れ、これは一定電流です。 |
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ゲートとソースをそのまま接続した場合は図3のようにJFETの特性で決定される電流 |
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になりますが、図4のようにソースに抵抗Rを追加してみます。 |
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この場合、ゲートの直流電位はソースを基準にするとマイナスになります。 |
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つまり、このマイナス電圧によりドレイン電流は減少し、この電流も定電流です。 |
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したがって、Rの値により任意の定電流源にすることが出来ます。 |
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| ◎製作 |
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○回路図 |
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図5に今回製作した回路図を示します。 |
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スイッチS1は「4回路3接点」の「3ポジション」で、以下のファンクションです。 |
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右 ： NPNトランジスタチェック |
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中央 ： チェックモード |
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ベース電流の確認を行います |
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左 ： PNPトランジスタ |
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Q1は定電流源のJFETでVR1により「10μA」に設定します。 |
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一般的な小信号トランジスタの場合、hFEの値は100～400になりますから、例えば、 |
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コレクタ電流値がmA単位であればこの値を100倍したものがhFEの値です。 |
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（例） |
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コレクタ電流測定値 1.78mA → hFE
= 178 |
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用いる電源は必ず「CC機能」があるものとし、CC設定は100mA程度にします。 |
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なお、ポリスイッチは安全の為に回路保護用として入れています。 |
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図6～図8に各ファンクションでの電流経路を示します。 |
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○部品表 |
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部品番号 |
部品名 |
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型番 |
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メーカー |
数量 |
備考 |
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J1 |
DCジャック |
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MJ14ROHS |
マル信無線 |
1 |
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J2 |
チップジャック |
TJ563アカ |
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サトーパーツ |
1 |
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J3 |
チップジャック |
TJ563クロ |
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サトーパーツ |
1 |
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J4 |
チップジャック |
TJ1アカ |
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サトーパーツ |
1 |
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J5 |
チップジャック |
TJ1クロ |
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サトーパーツ |
1 |
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LED1 |
LED |
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Φ3 赤 |
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1 |
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Q1 |
FET |
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2SK30A |
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東芝 |
1 |
Yランク |
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R1 |
カーボン抵抗 1/4W |
100K |
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1 |
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R2 |
カーボン抵抗 1/4W |
4.7K |
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1 |
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S1 |
ロータリースイッチ |
4回路3接点 |
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1 |
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VR1 |
半固定抵抗100K |
GF063P1B104 |
東京コスモス |
1 |
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ポリスイッチ0.05A |
RXEF005 |
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レイケム |
1 |
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ケース |
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SW100S |
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タカチ |
1 |
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ツマミ |
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K10022RLB |
サトーパーツ |
1 |
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ツマミキャップ |
K10022CLGY |
サトーパーツ |
1 |
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ユニバーサル基板 |
LUPCB-7247-ND |
Ｌｉｎｋｍａｎ |
1 |
両面 |
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ピンソケット |
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1式 |
高背 |
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金属スペーサ、ビス類 |
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1式 |
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FETは2SK30Aの「Yランク」です。 |
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このランクと異なる場合はR1,VR1の定数変更が必要です。 |
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○製作 |
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ケース無でも良いですが、基板のむきだしはトラブルの原因になります。 |
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ケース収納をお勧めします。 |
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図9に概略の構造図を示します。 |
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チェックしたいトランジスタは「ピンソケットの高背タイプ」を3Pにカットしたものに実装します。 |
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この時、図10のようにピンソケットの頭がケース上面から若干上になるようにします。 |
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なお、強度を考慮して用いたユニバーサル基板は「両面タイプ」です。 |
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ピンソケット部はケース上面に角穴をあけて、トランジスタ実装できるようにしておきます。 |
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写真1に外観を示します。 |
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○調整 |
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図11に接続図を示します。 |
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用いるDC電源は「CC機能」のあるもので、CC値設定は0.1Aくらいにしておきます。 |
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チェックポジションにして定電流値が「10μA」になるようにVR1を調整します。 |
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この調整は初期に一度だけで良いと思います。 |
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○使用方法 |
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①図11のように接続する。ただし、テスタ（DC電流）はJ2,J3に接続。 |
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②NまたはPのポジションにしてトランジスタを実装する |
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③電源のOUTPUTをONする（これにより本装置のLEDが点灯） |
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④テスタのDC電流値を読む |
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⑤hFE値に換算 |
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| ◎使用感 |
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○トランジスタ実装用ソケット |
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このhFEチェッカーを用いてみるとチェックに非常に便利であることを実感します。 |
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TO-92などのパッケージを想定してピンソケットを用いましたが、他のトランジスタ |
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パッケージ用に別なソケットも装着すれば良かったと思います。 |
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○チェックモードの改良案 |
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チェックモード時の電流測定（確認）はコレクタ電流測定用端子と別なものになっています。 |
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これは、用いたスイッチS1が「ショーティングタイプ」なので、これを考慮した設計です。 |
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もし、スイッチS1に「ノンショートタイプ」を用いることが出来れば、図13のような接続が |
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可能で、この場合、いちいち、電流計を接続しなおす必要が無く、さらに使い勝手の良い |
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ものになると思います。 |
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このようなスイッチが入手出来れば、トランジスタソケットの工夫も含めた試作2号機が |
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欲しくなりました。 |
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