エンベデッドシステムスペシャリスト 2010年午前2 問13

問題文

LED点灯回路の動作として、適切な組合せはどれか。

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ア：

イ：

ウ：（正解）

エ：

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この回路は、トランジスタをスイッチとして使い、LEDを点灯・消灯させる回路です。図のトランジスタは、エミッタが接地され、コレクタ側にLEDと抵抗がつながっているため、ベースに電流が流れるとLEDが点灯します。

スイッチがオンで出力ポートがHighになると、ベースに電流が流れてトランジスタがオンになります。すると、Vccから抵抗、LED、トランジスタを通って接地へ電流が流れ、LEDが点灯します。

一方、スイッチがオフの場合は出力ポートからベースへの経路が切れ、ベース・エミッタ間の抵抗によってベースの電位が接地側に保たれます。また、スイッチがオンでも出力ポートがLowなら、ベースに電流が流れないためトランジスタはオフです。したがって、点灯・消灯の組合せが正しいのはウです。

トランジスタの役割を確認します。
エミッタが接地され、コレクタにLEDが接続されているので、ベース電流の有無によってLEDを制御するスイッチとして動作します。
ベースに電流が流れる条件を確認します。
スイッチがオンで、出力ポートがHighのときにベースへ電流が流れ、トランジスタがオンになります。
各状態のLEDの点灯・消灯を判定します。
- SWオフ：ベース電流が流れず、消灯
- SWオン＋出力ポートHigh：ベース電流が流れ、点灯
- SWオン＋出力ポートLow：ベース電流が流れず、消灯

スイッチがオンなら必ずLEDが点灯する
スイッチをオンにしても、出力ポートがLowならベースに電流は流れません。LEDが点灯するのは、出力ポートがHighのときです。
出力ポートがHighなら、スイッチの状態に関係なく点灯する
スイッチがオフなら出力ポートとベースの経路が切れているため、ベースに電流は流れません。
ベースにつながる抵抗を見落とす
ベース・エミッタ間の抵抗は、ベースの電位を接地側に保ち、入力がないときにトランジスタが意図せずオンになるのを防ぎます。

この回路は、トランジスタがオンになるとコレクタからエミッタへ電流が流れる「ローサイドスイッチ」の例です。LED側の直列抵抗は、LEDに流れる電流を制限するために必要です。ベース側の抵抗も、ベース電流を制限する役割があります。

Q. 出力ポートがHighなのに、SWオフでは点灯しないのはなぜですか？
A. SWオフでは出力ポートとトランジスタのベースが切り離されているため、ベース電流が流れないからです。

Q. SWオン＋出力ポートLowでは、ベースに電流が流れないのですか？
A. ベースがLow側につながるため、ベース・エミッタ間に十分な電圧が生じず、トランジスタはオンになりません。

関連キーワード: トランジスタスイッチ、ベース電流、ローサイドスイッチ、プルダウン抵抗、LED電流制限抵抗

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