Arduinoを使っての電子工作は楽しんでいますか？
Arduinoを使っていて、少し大変なのは豆電球を光らせたり、モーターを回したりする時に直接Arduinoの端子から線を引き出すことができません。
でも、電化製品はモータなどを制御していますね。どうやっているのでしょうか？
今日はそんな感じの内容をなんとなく理解できる程度で進めていきたいと考えていきます。
Arduinoに繋いだのに動かない！？
電子工作で作業を進めていてArduinoに接続はしているのに動作しないということはありませんか？
- 豆電球をつけてみたが光らない
- 大量のLEDを光らせようとしたが点かない
- 小さなモータを動作させようとしたが回らない
- スピーカを繋いだが音がでない
- 真空管を動作させようとしたが、ヒーターが光らない
などなど、、、
せっかく購入したのに使えないと残念ですよね。
読者の中には「ドライバーを使えば問題ないでしょ！」と思った方もいらっしゃると思いますが、専用のドライバを入手するのは少し大変です。
という時に役立つのは皆さんもご存知の「トランジスタ」という部品です！！
トランジスタを詳しくみてみましょう！！
トランジスタてなんだろう？
トランジスタの名前は聞いたことがあると思いますが、実際にみたことがある方は少ないかも知れません。なんとなく「ラジオでしょ」という方もいるのではないでしょうか？
というのも電化製品の中で頑張って働いている部品であるのであまり表立て活躍することはありません。また、最近は小型が進みチップ部品に取って代わっているため一見すると「これがトランジスタ？」ということもあります。
ではどんな形なんでしょうか？
外観イメージはこんな感じです。
初めてみたという方も多いと思います。
では実際の写真と種類を見てみましょう！
結構いろんな形状がありますね。(^^)/あくまで一例なのでこのほかにもいろんな形状があります。
外見だけでなくトランジスタには機能の違いもあります。
- バイポーラ型トランジスタ
- NPN型
- PNP型
- ユニポーラ型トランジスタ
- Nch型
- Pch型
- 複合型
- ダーリントン型
- アレイ型
という具合に分けられることを念頭に置いてもらえれば十分であると思います。
今回はなんとなく理解ができればということを主体にしていますので、詳しい分類などは他のサイトなどを見比べてみてください。
トランジスタの役割とは？
ではどんなことができるのでしょうか？
トランジスタには大きく二つの役割があります。
信号を大きくする
小さい電気信号を大きくして出力することができます。例えば、ピックアップコイルから入力された電気信号を増幅して電子回路で扱える大きさの電圧、電流に変換して使用できるようにするといった感じです。拡声器なんかがちょうどイメージしやすいですね。
しかし、増幅といえばオペアンプ（差動増幅回路）で増幅する方法が主流ですね。
確かにオーディオなどの信号であれば増幅に関してオペアンプで十分ですが、スピーカーに直接接続すると電流が不足してオペアンプが壊れてしまうことがあります。そんな時はトランジスタを使用して電流を増幅するという方法もあります。
また、高周波を扱う場合（衛星通信など）はオペアンプで増幅ができない場合などに活躍することがあります。
電流を流したり止めたりする
電流を流したり止めたりする事ができます。これは、電子工作の時にはとてもよく使う事になります。
マイコン側の制御信号でONOFFの制御をすることができる例では、リモコンで家電を操作することが挙げられます。人が直接本体内部スイッチを操作する必要はありませんね。
また、エアコンの場合は人が直接制御する事が出来ないモーターやランプなどをマイコンからの制御信号でON、OFFさせています。これもトランジスタがあるからこその技術ですね。
トランジスタが開発された目的で、機械式のリレーにかわる開閉ができる素子の開発でうまれた事を物語っています。
リレーは電磁石で、金属の板を付けたり離したりします。そのため素子が大きく、また高速な制御をすることは出来ません。
しかしトランジスタは機械的箇所が無いため高速動作ができ、また素子の小型化が出来ました。
電子工作の例としては、RaspberryPiの冷却ファンを端子からの出力で回すとマイコンに負荷がかかってしまいますが、トランジスタを使えば問題なく制御する事ができます。
という事でまとめです。
トランジスタの役割は大きく二つ！
信号を大きくする
電流を流したり止めたりする
ここで疑問を持った方もいると思います。
「リレーに変わるとあったのにリレーは今も見る部品だよ」
・・・そうですね、次回の原理についてのお話の中で理由を紹介します。
