最近オシロスコープの使い方も少し分かってきたのでコンデンサの充放電波形を見てみることにした。
最初に考えたのはこういう回路。
スイッチが左に繋がっている間は電源からコンデンサに充電され、、右に繋げるとコンデンサが放電してLEDが光るという仕組み。
これでコンデンサの両端の電圧をオシロで測ればアッサリと波形が見えると期待したわけだが、全然ダメだった。
調べてみると、アナログオシロでそもそも単発信号を見ようってのは無理があるようだ。
アナログオシロは周期的な信号のうちトリガーによってタイミングよく何度も描画しているので線が見えるという仕組みなので、単発信号だと点が一瞬で移動しておしまいということになる。
ということは、機械的スイッチではなく半導体スイッチを使って電気パルスによって切り替えなければならない。
そこで困ったのが今回やりたいことがON-ONスイッチであるということだ。
ON-OFFならトランジスタのベース・エミッタ間にパルスを流すことで実現できるが、2回路を切り替えるような挙動はどうすればよいのか。
ということで、NOT回路を活用しようとしたのがこちらの。。。
うん。部分消しができなかったのでこうなった。
波形を見てみるとこんな感じ。
放電はそれっぽいけど充電がどうなってんのこれ。
回路シミュレーターで等価回路を作ってみたところ、2つ目のトランジスタのベースが常にON。
つまり失敗である。
色々調べてみると、ベース・エミッタ間にベース抵抗の10倍の抵抗を設けることで、微弱電流でベースが意図せずONになる事象を防げるということが分かった。そして描いてみたのがこちら。
そして実行してみるとこんな感じ。
なんか突入電流が目立っている。
更に調べると、普通のトランジスタではなくMOSFETを使うと良いということも分かった。
MOSFETとは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略で、電界効果トランジスタの一種。
電流じゃなくて電圧で制御するトランジスタである。充電がちょっとイイ感じになってきた。
ただON-ON回路として完璧かというと微妙なところ。
このNOT回路は「電気は流れやすい方により多く流れる」という原理で成立しているのだが、流れにくい方にも流れることは流れるのだ。
完璧に作るにはMOSFETの逆の部品が欲しい。
つまり普段は導通し、ゲートに電圧をかけたら不動通になる部品である。
そんで調べたら。。あった。。
てかこれもMOSFET。PチャネルMOSFETというらしい。んで今まで単なるMOSFETだと思ってたのはNチャネルMOSFET。なんだそういうことか。
またトランジスタにNPN型・PNP型の2種類があることは知っていたし、MOSFETにNとPがあることは知っていた。
でも説明を見ても普通はNチャネルだけで十分だとか、あとは機構のややこしい説明ばかりでイマイチ分かって無かったのだ。
そしてN型・P型を組み合わせたのがこちらの回路。
こういうN形とP型の特性を組み合わせたロジックをCMOSといって、Complementary(補完的な) MOSの略。
CMOSの由来は知っていたものの何が補完的なのか意味は分かってなかったが、自分で作ってみて納得した。確かに、相互の特性が逆で補完しあってる。
このP型MOSFET、省電力用はあまり流通しておらず、Amazonでもかなり先になりそうなので秋月電子でZVP2106Aという製品をポチった。
逆にN型MOSFETは2N7000が定番で流通量も多い。Amazonでも翌日配達が多い。
MOSFETは小型・集積化しやすいというわりに流通してるのは電源スイッチング用のゴツいのばかりで普通のトランジスタのようなタイプはかなり少ないようだ。集積化しやすいというのは本当でICとかLSIに微細化されたMOSFETが搭載される一方で、単品としては電源のスイッチング用など大電力と二極化している様子である。
さて、実際に回路を組んでみたのがこちら。
波形はこのとおり、教科書的な綺麗な充放電波形が観測された。
完全に我流なので正しい測定方法なのかどうかは分からない。
そもそもデジタルオシロで単発波形を見れば1発解決だった可能性も高い。ただこういう試行錯誤とか回り道をしたおかげで得られる知識の幅も広がったと思うので、無駄ではなかったと思う。
以上。
