【検証実験・考察】2Trシュミットトリガ回路のエミッタ抵抗の影響検証【TrST】#5

初めに

これまで4回にわたり、どこのご家庭にもある汎用トランジスタを使って「パチッと切り替わる」タイマー回路を作り上げてきました。

第2回で紹介した「シュミットトリガ回路」において、2つのトランジスタの足元を支える共通エミッタ抵抗 \(R_e\)。実はこの小さな抵抗一つが、回路の「性格（しきい値や粘り）」を決定づける非常に重要な役割を担っています。

今回は、この \(R_e\) の値を変更することで、タイマー動作や出力の安定性がどのように変化するのか、オシロスコープの波形と共に徹底検証します。

動作原理がわからないと、今回の記事は意味が分からないと思うので、できれば初め(第一回)から、少なくとも第二回記事を見てから読むこと推奨!!（そこまで長くないので流し読みで構いません）

コンデンサの過渡応答とトランジスタだけで作る、ぼわっと消えるLED遅延タイマー回路を解説。555不要のシンプル電子工作で、時定数や仕組みも分かりやすく紹介します。シリーズとして、最終的にはオフディレイ・タイマー回路へと発展させていきます。

検証には、純粋なシュミットトリガ回路(第二回までの回路）を用いました。

それ以外の抵抗やコンデンサは第二回の回路と変えない。

時間軸は共通して1目盛り1秒です。

\(330\Omega\) (標準)の動作波形

\(1\text{k}\Omega\) の動作波形

\(R_e\) を大きくすると、Q2がONの時にエミッタに発生する電圧（壁の高さ）が上がります。これにより、コンデンサの電圧がより高い位置で「ON/OFF」の判定が行われるようになります。

波形はノイズに強いですがその分、立ち上がり（消灯から点灯への遷移）がわずかになだらかになるようです。これは、しきい値が上がったことで、放電曲線の「傾きが緩やかな領域」で判定が行われるためと考えられます。

\(100\Omega\)の動作波形

この波形だけ見ると、動作時間が短くなり、正常に動作しているように見えます。

しかし \(R_e\) を極端に小さくすると、判定の「壁」が低くなりすぎます。うまく動作することもありますが、不安定にチャタリングが発生することを確認しました。

結果: 安定しているときはうまく動作する。しばらくすると 「チャタリング（発振）」 が発生しました。
原因: 判定基準（しきい値）が低すぎるため、LEDが点灯して電池電圧がわずかにドロップした際、その変動を「消灯の合図」と誤認してループに陥っていると考えられます。特にボタン電池の電圧が低下してくると、この傾向は顕著になります。