Attribute System

　はい、今回は脱初心者講座でトランジスタとMOSFETの違いと駆動の仕方について解説してみたいと思います。
注意点は、ヌキヲ的解釈なので間違ってても知りません(笑 そっと教えてください。

第二回目はこちら、トランジスタとMOSFETの極性と使い方。 です。
第三回目はこちら、トランジスタとMOSFETのゲート駆動とブリッジ回路。 です。






3つ並べました、スイッチとトランジスタと MOSFET ですね。
こうすると少し見えてくるかと思います。
どれも、何かしらの信号で、大きな電力を駆動するスイッチとみなせるわけです。
スイッチと同じように、トランジスタはベースへ、MOSFETはゲートに何かしてやると RL を駆動できそうです。

●リレー

　


一番理解しやすくて有名なのはリレーでしょう。
それは、動作を目で見て理解できるからでして、本当は駆動しにくいデバイスです。

図の青線、ILを流すことで電磁石がスイッチを押します。
すると、図の赤線、Isw が流れるという仕組みです。

つまり、スイッチ駆動にコイルを使っているわけです。
誤解を恐れず動作イメージで解説すると、
トランジスタや MOSFET も似たようなものなのです。
では、これと比較していきましょう。

●トランジスタ

　　


こちらも同じく左図の青線 Ibe を流すと、左図の赤線 Ice が流れるのは同じです。
違うのはスイッチの駆動にダイオードを使っている点です。

では、ダイオードの駆動の仕方は？というと、
ダイオードの順方向電圧 Vf を超える電圧をかけてあげればターンオンします。

LED の工作をしたことある方はもう知ってると思いますが、
右図のように抵抗 Rs で流れる電流を制限してあげるのが正しい駆動方法です。

● MOSFET

　　


そして一番興味がありそうな MOSFET ですが、
左図の青線 Vgs をかけると、左図の赤線 Ids が流れます。
ほとんど同じですね。

スイッチの駆動にはコンデンサが使われています。
このコンデンサに電気をためて所定の電圧を超えるとターンオンします。

そのためには、電流を流してやる必要があり、
右図のようにやはり抵抗 Rs で電流値を制限します。
このような回路の時定数というのが計算できまして、
抵抗ｘコンデンサ＝充電時間 になります。
右図の例ですと 1K x 100p = 100usec となり、0.0001秒 かかることになります。
コンデンサの容量は Ciss としてデータシートに載ってますのでデバイスごとに確認してください。
※2015/11/04 追記
すみません PI を忘れてました。正しくは 抵抗ｘコンデンサｘPI＝充電時間 です。
例ですと 1K x 100p x 3.14 = 314usec ですね。 追記ここまで
※2016/08/xx 追記
何度もすみません。正しくは第三回目で解説しているので合わせてお読みいただけると幸いです。

MOSFET はこれだけでは少々問題があります。
コンデンサに溜めた電気を抜いてあげる必要があるのです。
というのも、ゲート電流を止めるだけでは、コンデンサの電荷は減りませんね。
当然このままではターンオフしません。



図の赤線のようにコンデンサの電荷を抜くための回路も必要になります。
さいわい、マイコンのIOピンはおおむね CMOS 構造になっており、
これは MOSFET を上下二段に積んだハーフブリッジとよく似ています。
これのおかげで、充放電の両方が簡単にできてしまいます。

ただし、マイコンからの制御で注意すべきは、
リセット時にIOピンが入力に設定されている点です。
IOピンを出力に設定するまで、ゲートにたまった電荷が変わらず、ON・OFF が安定しません。
プルアップ、プルダウンのどちらか選んでつける必要があります。
自作のモータドライバが電源投入時に燃えるのもこれが原因の場合がありますよ。