Cdsって簡単なようでいて、意外と奥が深いかも

Cdsセルを使って、周囲の明るさに応じてLEDを点灯/消灯させようとの試みですが、手持ちのCdsの特性も前回の測定で大体分かり、また周囲が「明るくなると点灯」 or 「暗くなると点灯」の「分圧」を使った回路の違いも理解できました。

ということで、実際に回路を組んでみましたが、これは難なくクリア。ただ、色々と(Cdsと直列に入れる抵抗の値を)変えても、LEDの明るさは辛うじて点灯してるかなって程度。

ここで登場願うのは、最近やっと “お友達” になれたような気がするトランジスタです。

回路は、前回の回路にトランジスタとLEDの電流制限抵抗を入れるだけなので、特に悩むことは無さそうに思えたんだけど・・・?

「暗くなると点灯」の方は計算通りに動いた

トランジスタのスイッチング機能を使ってLEDに電流を流します。トランジスタはベースエミッタ間電圧が0.6V前後でオンとなるとのことなので、この電圧を基準に抵抗R1の値を求めます。

CDSでLED

前回の測定で分かったCdsの抵抗値の変化から、取り敢えず明るい時の抵抗値を5kΩ、暗い時の抵抗値を300kΩとして、先ずは「暗くなると点灯」を考えてみます。

電源電圧は単3電池3本で4.5V。R1を100kΩとすると、前回の分圧を求める計算式から、

明るい時:V(BE)=4.5×{5kΩ÷(5kΩ+100kΩ)}=0.21V
暗い時 :V(BE)=4.5×{300kΩ÷(300kΩ+100kΩ)}=3.38V

となり、明るい時はトランジスタがオンする0.6Vよりも小さいのでLEDに電流は流れず、従ってLEDは消灯したまま。暗くなるとトランジスタオンの電圧を超えるので、LEDが点灯することになります。

実際にブレッドボード上に回路を組んでみましたがキチンと作動します。面白い!

V(BE)を算出してる積りで、V(CB)を計算してた?

ところで、私が実現したいのは箱の中にCdsとLEDを入れ、箱の蓋を開けるとLED点灯、閉めると消灯というもの。従って、上のものとは逆の動作になります。

この回路も前回と同じで「CdsとR1とを入れ替えるだけ」とのこと。上の図の右側の回路図です。

まあ、2個の部品を入れ替えるだけなら特に回路図を書いて確認するまでもないだろうと、ブレッドボード上の回路のCdsとR1とを入れ替えただけで動作を確認してみました。

蓋を開けた状態では、何の問題も無くLEDが点灯します。ヨシ、ヨシ。

cds蓋開LEDオン

が、蓋を閉めてもLEDは消灯せず、微妙に暗くなるけど点灯したまま。あれー?

cds蓋閉LEDオフならず

ここで回路図を書いてキチンと検討してたなら、この後に続く迷走は無かったと思いますが、私の頭に浮かんだのは「R1の抵抗値が小さ過ぎるのかも」ってこと。

取り敢えず、R1を200kΩに変更してみたけど、動作は同じ。

まだ足りない? それなら300kΩなら文句無いだろ!ってやってみましたが、蓋を閉めても消灯しないどころか、(蓋をした時)何故かLEDがより明るくなってる!?

R1を200kΩに変えたときも、300kΩに変えたときも、分圧の計算はしていて、計算上は蓋を閉めれば消灯するはずなんだけど。

そして、ここで気がついた。私の頭の中にはCdsの両端の分圧を計算すればいいってコトしかなくて、結果的にV(BE)ではなくてV(CB)の計算値を見て、おかしいなー?ってやってたんです。

実際には、R1が100kΩの時は、

明るい時:V(BE)=4.5×{100kΩ÷(5kΩ+100kΩ)}=4.28V
暗い時 :V(BE)=4.5×{100kΩ÷(300kΩ+100kΩ)}=1.12V

となり、明るくても暗くてもトランジスタはオンになってLEDが点灯。R1が300kΩでも、

明るい時:V(BE)=4.5×{300kΩ÷(5kΩ+300kΩ)}=4.42V
暗い時 :V(BE)=4.5×{300kΩ÷(300kΩ+300kΩ)}=2.25V

となり、どちらにせよLEDが点灯するばかりではなく、暗い時のV(BE)が高くなってるので、LEDは消灯の方向とは逆により明るく点灯することになったわけです。

キチンと計算すれば、キチンと動く

ってことで計算し直しますが、上の100kΩと300kΩの計算からも分かるように、R1は小さい方が暗い時にV(BE)が小さくなることが分かったので、20kΩとして計算。

明るい時:V(BE)=4.5×{20kΩ÷(5kΩ+20kΩ)}=3.6V
暗い時 :V(BE)=4.5×{20kΩ÷(300kΩ+20kΩ)}=0.28V

これなら明るくなると点灯、暗くなると消灯となる筈なので、ブレッドボード上のR1を変更。

cds蓋開LEDオフ

蓋を閉めるとLEDは見事に消灯しました。素晴らしい!

実は、私の試みはこのLEDの先にあって、LEDの点灯/消灯の代わりにマイコンのオン/オフをCdsで制御してみたいというもの。

で、実際にLEDに変えてマイコンを回路に組み込み、実験してみたのですがどうも上手くいきません。マイコンのオンは出来るんだけど、なぜかオフできない。

その症状も色々とあるんだけど、この話はまたの機会に譲りましょう。


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