「電子工作：電子回路を設計する：電源方式を決める」についてご紹介｜「電子工作/修理/メンテナンス」

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今回は、「電子工作：電子回路を設計する：電源方式を決める」についてご紹介します。

目的や機能が明確に決まっている電子回路では、電源方式を早めに決めておくことが重要です。携帯するのか、ACコンセントから電気を取り出して利用するのかといった使用方法です。

この点滅回路は、回路規模が小さいという点から携帯を前提にします。直流電源で動作するとはいえ、正確で安定した電源を用意するには、直流安定化電源が必要です。それに代わる直流電源として身近なのは、乾電池があげられるでしょう。無安定マルチバイブレータを乾電池ケースに接続するイメージで、回路図を書き直しました。

上図では回路図上部の端子を取り払い、左側に直接、乾電池(直流電源)の図記号を配置しています。また、回路としての規模が小さく、機能が閉じている、つまり他の電子回路などに信号を出力しなくてもよいということから、グラウンド記号を外しました。

乾電池は、化学的に電気を生み出す部品です。たとえ、乾電池表面に公称電圧の「1.5V」が印刷されていたとしても、これは外部に流れる電流がないときの電圧です。電流が流れ始めると同時に、電池の内部には端子電圧を引き下げようとする内部抵抗などが現れるのです。

あらかじめ、電圧が低下することを前提に乾電池の数や構成(直列・並列)を決めましょう。

ダイオードやトランジスタに電流を流そうとすると、それぞれの端子間に電圧差を設けなくてはなりません。下記の場合、電源からLEDに流れる電流は、トランジスタのコレクタ・エミッタ間を通過して、0Vラインに至ります。

この経路では、2箇所の半導体で電圧差が生じます。その電圧は、LEDの順方向電圧VFとトランジスタのコレクタ・エミッタ開飽和電圧VCE(sat)を足した値です。

厳密な計算はあとで行いますが、下記（乾電池を電源にした概算）のような電流の流れる部分だけを描いて、大ざっぱに設計してみましょう。

10mAで点灯できる標準的なLEDのVFを2V,100mA以上のコレクタ電流を流せる小信号用トランジスタのVCEO(sat)を0.1Vとすると、半導体部分で生じる電圧降下は約2Vです。

単三アルカリ乾電池1.5V(公称電圧)×2個の直列で3Vになりますから、LEDの点灯に必要な電流を調整するための抵抗器の両端には、3V-2V=1Vが現れることになります。

よって、1Vを10mAで割ることで100Ωが得られます。実際には、点灯時に3Vを下回るはずですから、100Ωに固定するとLEDに流れる電流は10mAよりも小さくなります。

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