無安定マルチバイブレータでLチカ

無安定マルチバイブレータでLチカ

無安定マルチバイブレーター(Astable Multivibrator)と呼ばれる発振回路でLEDの点灯を行ってみた。いわゆるLチカである。

ArduinoやRaspberry Piの動作確認のためにLチカをよくするが、ここではトランジスタ2つを使ってLEDを点滅させる。

マルチバイブレータでLチカ
マルチバイブレータでLチカ

Astable Multivibrator Schematic
Astable Multivibrator Schematic

こちらがその回路。2つのLEDが交互に点灯するというもの。トランジスタや電子回路の書籍でよく見かける回路である。

しかし、実際にこの回路を組んで実験してみたという人は意外と少ないのでは?私もその一人。回路図が交差していて何をやっているか分かりずらい回路だ。

しかし一度ブレッドボードで組んでみると、意外とシンプルな回路で面白かった。トランジスタのベース抵抗やコレクタ抵抗の感も身につくので、皆さんも一度実験してみることをオススメする。

無安定マルチバイブレータの流れ
無安定マルチバイブレータの流れ

回路の動作をざっと説明しよう。

この回路の電源をオンにした時、例えばLED2が点灯したとする。その時、右側のトランジスタはオンの状態になっているので、C2の右側の電位が下がり、R2の抵抗を介して電流が流れ、C2の充電が始まる。C2の左側の電位が高くなると、今度は左側のトランジスタがオンになる。その繰り返しにより、LEDが交互に点灯する仕組みとなっている。だから、コンデンサの容量や抵抗の値を変えると点滅の速度が変わる。

詳しい説明はこちらの書籍がわかりやすかったのでオススメしておく。

無安定マルチバイブレーターの発振発振周波数は次式で計算される。無安定と言っても周波数が不規則という意味ではない。

$$f=\frac{1}{0.69(C_1R_1+C_2R_2)}\tag{1}$$

ここで\(C_1=C_2=C、R_1=R_2=R\)とすれば、デューティ比50%の次式の周波数で発振する。

$$f=\frac{1}{1.38CR}\tag{2}$$

デューティ比を変えたLチカ
デューティ比を変えたLチカ

実際に、R2を100kΩの可変抵抗に変えて実験してみた。それぞれのLEDの点灯時間の比(デューティ比)が変わった。

ところで、回路図の4.7kΩの抵抗はLEDの電流を制御するものだ。9V電源なので高めの抵抗を選んだが、3V電源などで動かす場合は1kΩ程度にすれば良い。

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