トランジスタ増幅回路

トランジスタを使って 3.3V の GPIO 出力を 5V にする。

計算する

\(R_B\)と\(R_C\)を計算する必要がある。

LED に大電流を流したいのでコレクタ電流\(I_C=I_{FP}=1[A]\)とする。

これによって、以下の特性図から LED の順電圧\(V_{F}=1.5[V]\)となる。(見切れているので、心の目で見る)

また、以下の特性図から直流電流増幅率\(h_{FE}=140\)となる。(見切れているので、心の目で見る)

また、以下の特性図から \(V_{BE}=0.9[V]\)となる。(見切れているので、心の目で見る)

また、以下の特性図から \(V_{CE}=0.2[V]\)となる。(見切れているので、心の目で見る)

\[ V_{OUT} = R_CI_C + V_F + F_{CE} \]

これを\(R_C\)について解く。

\[ R_C = \frac{V_{OUT} - V_F - V_{CE}}{I_C} = \frac{5 - 1.5 - 0.2}{1} = 3.3[Ω] \]

次に\(R_B\)について考える。

\[ V_{GPIO} = R_BI_B + V_{BE} \]

これを\(R_B\)について解く。

\[ R_B = \frac{V_{GPIO} - V_{BE}}{I_B} \]

ここで、\(I_B\)について考える。直流電流増幅率\(h_{FE}\)はコレクタ電流\(I_C\)とベース電流\(I_B\)の比で、以下で表せる。

\[ h_{FE} = \frac{I_C}{I_B} \]

これを\(I_B\)について解く。

\[ I_B = \frac{I_C}{h_{FE}} = \frac{1}{140}[A] \]

\[ R_B = (3.3 - 0.9) \times 140 = 336[Ω] \]

以上から、\(R_C = 3.3[Ω]\)、\(R_B = 336[Ω]\)となる。

実際に\(R_C\)に小さい抵抗を使うと発熱して危ないので注意すること。

パルスの形で一瞬であれば\(1[A]\)流しても構わないが、定常的に電流を流しつづけると恐らく LED が壊れるので注意すること。

入力信号でスイッチングしたいなら NPN を使う。電源で制御したいなら PNP を使う。