エンベデッドシステムスペシャリスト 2012年 午前2 問12
問題文
LED点灯回路の動作として、適切な組合せはどれか。
選択肢
ア：
イ：
ウ：（正解）
エ：
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トランジスタによるLED制御【午前2解説】
正解の理由
この回路では、トランジスタがLEDを点灯・消灯させるスイッチとして働きます。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と抵抗が接続されたNPNトランジスタです。
- SWがA側：ベースが接地されるため、トランジスタはオフになり、LEDは消灯します。
- SWがB側で出力ポートがHigh：ベースに電流が流れてトランジスタがオンになり、LEDは点灯します。
- SWがB側で出力ポートがLow：ベースがLowになり、トランジスタはオフになってLEDは消灯します。
したがって、「消灯、点灯、消灯」の組合せとなるウが正解です。
解法ステップ
-
LEDの点灯条件を確認します。
LEDに直列につながるトランジスタがオンになると、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。 -
ベースの電圧を場合ごとに判断します。
トランジスタは、ベースに電流が流れてオンになるかどうかで判断します。ベースが接地されている場合や、出力ポートがLowの場合はオフです。 -
各条件を表に当てはめます。
-
「消灯、点灯、消灯」に一致する行を選びます。
この並びに一致するのはウです。
選択肢別の誤答解説
- ア：SW A側で点灯するとしていますが、A側ではベースが接地されるため、トランジスタはオフです。
- イ：SW B側で出力ポートがHighのときに消灯するとしていますが、Highによってベースに電流が流れるため、トランジスタがオンになりLEDは点灯します。
- ウ：SW A側と出力ポートLowでは消灯し、出力ポートHighでは点灯するため、回路の動作と一致します。
- エ：出力ポートHighのときに消灯、Lowのときに点灯としています。トランジスタのオン・オフが逆です。
よくある誤解
-
出力ポートがHighなら、LEDに直接電流が流れると思う
出力ポートはトランジスタのベースを制御しています。LEDの電流は、主にVccからコレクタ、エミッタを通って流れます。 -
ベースがHighなら必ずLEDが点灯すると考える
この回路ではSWがB側にあることが前提です。SWがA側ならベースは接地され、出力ポートの状態はLEDの点灯に影響しません。 -
トランジスタがオンのとき、LEDが消灯すると考える
この回路ではトランジスタがオンになると電流の通り道ができ、LEDが点灯します。
補足コラム
トランジスタは、ベースに流す小さな電流で、コレクタからエミッタへ流れる電流を制御できます。このように、トランジスタを電子的なスイッチとして使う回路は、マイコンからLEDやリレーなどを制御する際によく用いられます。
LEDに直列に入っている抵抗は、LEDに流れる電流を制限し、過大な電流による破損を防ぐためのものです。
FAQ
Q. 出力ポートがLowなのに、なぜLEDは点灯しないのですか？
A. ベースがLowになってトランジスタがオフとなり、LEDを通る電流の経路が遮断されるためです。
A. ベースがLowになってトランジスタがオフとなり、LEDを通る電流の経路が遮断されるためです。
Q. SWがA側のとき、出力ポートのHigh／Lowは関係しますか？
A. 関係しません。SWがA側ではベースが接地されるため、出力ポートからベースへ信号が伝わらず、トランジスタはオフになります。
A. 関係しません。SWがA側ではベースが接地されるため、出力ポートからベースへ信号が伝わらず、トランジスタはオフになります。
関連キーワード: NPNトランジスタ、ベース電流、コレクタ、エミッタ、LED駆動回路
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