【ワレコの電子工作】自作のトランジスタhFEテスターを改良した【自作測定器】

写真　hFEテスターの回路をLTspiceで検討中の電子工作女子?

先日、トランジスタのhFEテスターを作成した記事を執筆した。

上の記事では、ワテが過去に自作していたhFEテスターを改造して使い勝手を良くした作業の過程を紹介している。

その時の具体的な作業内容は以下の通り。

過去に自作していたhFEテスターはOPアンプ＋トランジスタによる定電流回路で被測定対象トランジスタのベース電流I_Bを制御する方式だったが、その機能に加えてさらに被測定対象トランジスタのコレクターエミッタ電圧V_CEを設定出来るようにした。

つまりV_CE=1, 3, 6, 9, 12V、I_B=1, 5, 10, 50, 100, 200µAの条件でhfeを測定出来るようにした。

コレクターエミッタ電圧V_CEを設定出来るアイディアはぺるけさんのサイトにあるhFEテスター高性能版の回路のカスコード接続方式のアイディアを拝借させて頂いた。

さて、そのワテ自作のhFEテスターであるが、hFEを直読出来るように工夫したのだが、被測定対象トランジスタのコレクタ電流検出用の抵抗の値を１０分の１に減らす事にした。その辺りの事情や理由は上で紹介したhFEテスター製作記事で説明しているので、興味ある人は参照下さい。

当記事は、その改良作業や改良後のhFE計測の様子など紹介したい。

まあ、ほぼ１００パーセント、ワテの備忘録みたいなもんであるが。

では、本題に入ろう。

前回製作したhFEテスター（ワレコ版）の紹介

ワテ自作のhFEテスターの写真を以下に示す。

ゼロプレッシャーソケットには最大で四つのトランジスタを取り付ける事が可能だ。

PNP x 2個

NPN x 2個

だ。

PNPかNPNか、どちらを測定するのかを切り替えるスイッチは上写真の奥に写っているPNP/NPN切り替えスイッチ。

一方、ゼロプレッシャーソケットの手前側のトランジスタか奥側のトランジスタかを選択するスイッチがTR1/TR2だ。

この二個のトグルスイッチを切り替えて被測定対象トランジスタを決める。選択状態のトランジスタは緑色LEDで視覚的に分かり易く表示している。

hFEテスター（ワレコ版）の内部を紹介

コンパクトなシャーシに無理やり詰め込んだので、内部はワイヤーが入り乱れる状態になってしまった。はっきり言って失敗だ。でもまあ機能的には期待通り動いたので良しとする。

上写真中央付近にある金属パーツは、基板取り付け型のロータリースイッチでベース電流I_Bを切り替える。４回路６接点だが、１回路は使っていないので、もし同じようなhFEテスターを作ってみたい人は３回路４接点～６接点くらいのロータリースイッチを使うと良いだろう。

基板右側にある二個のリレーやＩＣソケット（SN74HC00を挿す予定）を使って、４つの被測定TRの選択状態をLED表示する機能を即席で追加した。リレーが基板からはみ出すと言う、行き当たりばったりの作業だった。

さて、今回の改良では、基板左に十数個あるコレクター電流検出用の抵抗群を１０分の１の値に変更する。

作業の過程は写真には取り忘れたが、単に抵抗を外して新しい抵抗を取り付けるだけなので、1時間くらいで完了した。

ワテ自作のhFEテスターはhFEの値を直読出来る

ワテ自作のhFEテスターはhFEの値を直読出来るので使い易い。

hFEを直読するにはPICやArduinoなどのプログラマブルなデバイスを使って、測定したベース電流とコレクター電流から割り算でhFEを求めて、液晶ディスプレイに表示するなどの作例をネットでは見掛ける。

まあそれでも良いが、プログラムに頼るのはワテの場合はあまり好きではないので、ロータリースイッチでベース電流を決める抵抗とコレクター電流計測する抵抗を連動して切り替える作戦でhFE直読を実現する事が出来た。

現状では、コレクタ抵抗両端電圧が１Vと計測された場合には、hFE=100と言う計算になるように抵抗値を選んでいる。従って、hFE=500なら5V。

ところがそのコレクタ電流検出用の抵抗値が大きかったので、hFEが1000くらいの大きなトランジスタの場合、コレクタ電流も多く流れて抵抗による電圧降下が10Vになるので、そんな状況ではコレクターエミッタ間電圧V_CEを6Vや12Vなどにセットしても、電源電圧が+15Vなので回路が正しくは動かない（はずだ）。

まあワテの場合、良く使うのは2SC1815GR/2SA1015GRくらいだから、hFEは大きくても400前後だ。なのでhFEが1000みたいな状況は考えなくても良いのだが、でもまあこの際、抵抗値を１０分の１に変更した。

その結果、hFE=100の場合には、コレクタ抵抗の電圧降下は1Vではなくて100mVが計測されるようになる。つまりテスターのDCミリボルトレンジで計測すれば100mVと表示されればhFE=100と直読出来る。

と言う事で、改造作業は完了した。

改良の前後でhFEの計測結果を比較

hFEが比較的大きなトランジスタでワテが持っているのは2SC1815-BLだ。

東芝トランジスタ シリコン NPN エピタキシャル形 (PCT 方式)
2SC1815
○ 低周波電圧増幅用
○ 励振段増幅用

高耐圧でしかも電流容量が大きい。
: VCEO = 50 V (最小), IC = 150 mA (最大)

直流電流増幅率の電流依存性が優れています。
: hFE (2) = 100 (標準) (VCE = 6 V, IC = 150 mA)
: hFE (IC = 0.1 mA)/hFE (IC = 2 mA) = 0.95 (標準)

PO = 10 W 用アンプのドライバおよび一般スイッチング用に適しています。

低雑音です。: NF = 1 dB (標準) (f = 1 kHz)

2SA1015 とコンプリメンタリになります。(O, Y, GR クラス)

注: hFE (1) 分類 O: 70~140, Y: 120~240, GR: 200~400, BL: 350~700

引用元　東芝のサイト

BLランクの場合、hFE= 350~700なので手持ちの2SC1815BLを早速計測してみる。また2SC1815GRや2SA1358-Yも計測してみた。

2SC1815GR(hFE=200~400)を計測してみる

GRランクの場合、東芝のデータシートではhFE= 200~400だ。

下表はV_CEとI_Bの全組み合わせを計測してみた。

水色が改良前（hFE=200なら2.00Vと計測される）。

桃色が改良後（hFE=200なら200mVと計測される）

							Ib[µA]
		1		5		10		50		100		200
		1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000
	1	274	266	268	261	267	262	257	254	246	246	195	193
	3	286	275	281	267	283	267	275	261	268	258	252	250
Vce[V]	6	287	282	280	275	279	275	272	271	271	272	269	230
	9	306	300	308	290	314	288	315	285	314	290	297	290
	12	285	312	287	299	288	296	289	294	294	300	302	313

表　2SC1815GR(hFE=200~400)自作hFEテスター計測結果（桃色：改良前、水色：抵抗値変更した改良後）

hFEを計測した事が有る人なら経験が有ると思うが、hFEは計測中でさえもどんどん変化する。つまり、トランジスタに電流が流れて発熱するので、電流も変化するからhFEも変わる。

上表を見る限り、今測定している2SC1815GRのhFEは250～300くらいだとは分るが、時々刻々テスターの電圧計測値（mV DCレンジ）表示は変わる。なので、測定時の温度条件を一定にするなどの工夫をしないと絶対値としてのhFEを計測する事は困難なので、上表の計測値はあくまでhFEの値がどれくらいなのかと言う目安程度だ。

まあこのGRランクの場合には、抵抗の交換前後で測定結果にあまり大きな違いは無い感じ。

次に、2SC1815BLを計測してみた。

2SC1815BL( hFE=350~700)を計測してみる

2SC1815BLの計測結果を見ると、hFE=290～430くらいに分布した。

							Ib[µA]
		1		5		10		50		100		200
		1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000	1/500	1/5000
	1	360	366	353	360	353	361	334	343	285	289	203	205
	3	378	373	374	367	379	368	365	354	348	344	295	301
Vce[V]	6	381	388	373	380	372	380	361	370	354	365	338	348
	9	422	412	422	402	435	400	430	394	418	392	364	383
	12	291	433	297	416	301	414	328	416	364	426	372	415

V_CEが小さい場合は、改良前後のhFE値に大きな差は無いが、V_CE=12の場合には改良前ではhFE=291などの300以下の値になっているのでBLランクの公称値 BL: 350~700よりも小さい。

それが改良後には420前後の値に計測されたのでこちらのほうが妥当な値だと思われる。

と言う事で、結論としては、コレクタ抵抗の値を10分の１に減らしたのは正解だった（と思う）。

パワートランジスタ測定用の冶具を自作した

さて、ゼロプレッシャーソケットに挿せるのは、2SC1815のようなTO-92タイプのトランジスタを想定している。リード線の太さは0.5mm前後だ。

でも、たまにはパワートランジスタもhFE計測したい場合もあるだろう。

太いリード線のトランジスタをゼロプレッシャーソケットに無理やり挿し込んで固定すると、ゼロプレッシャーソケットの電極が変形するなどの問題が出る。

そこで、下写真に示すような冶具を自作してみた。

写真　パワートランジスタの太い足を細く変換する為の冶具を作った

使ったのは、何かのコネクタのメス型のソケット。

写真　何かのコネクタのメスソケットに細型ピンヘッダーを半田付けする

それにピンヘッダーを半田付けして熱収縮チューブを被せただけだが。

注意事項としては、ピンヘッダーの標準的なタイプ（写真右）だとピンが太い。なので、ピンヘッダーの細いタイプ（写真左）を使った。

 

使い方としては、下写真のように挿し込むだけだ。

写真　パワートランジスタの三本足に長靴を履かせる感じ

それを下写真のようにゼロプレッシャーソケットに挿し込んで固定する。

写真　パワートランジスタのhFE計測の様子

あとは普通にhFEを計測すれば良い。

写真　パワートランジスタのhFE計測の様子２

この例では、テスターで189.31 mV DCと計測されたので、hFE=189と直読出来る。

写真　パワートランジスタ2SA1358YのhFEは189と計測された

当記事で紹介したhFEテスターを作る人向けの注意事項

この記事で紹介したhFEテスターはNch版とPch版を一体化している。

かつ、ゼロプレッシャーソケットの前後の二列にトランジスタを挿せるようにした。

その結果、例えばNPNトランジスタ2SC1815を二個挿して、スイッチ切り替えで同一条件でhFEを比較計測出来ると思ったのだが、若干問題がある。

一応、トルグスイッチ切り替えで二個のトランジスタのhFEを瞬時に計測比較は出来るが、ゼロプレッシャーソケットに挿している二個のトランジスタを入れ替えると、測定値が数パーセントくらい変動するのだ。

要するに、ゼロプレッシャーソケットの前列に挿すか、後列に挿すかで計測されるhFEの値が数パーセントずれるのだ。

本来なら、どちらに挿しても同一トランジスタなら同一hFEになるべきだが。

その理由は、判明した。

つまり、hFE計測では Ic/Ib を求める事になるが、Ibはマイクロアンペアのオーダーの微弱な電流だ。

Ibが流れる経路はゼロプレッシャーソケットのあたりまでは一本なのだが、トルグスイッチで前列や後列のトランジスタを選択する辺りではIbはトルグスイッチで別々の接点を通っている。

つまり、その辺りの接点の接触抵抗の極僅かな違いが、二系統のIbの値にずれを生じさせてしまい、その結果、同じトランジスタを計測しても、ゼロプレッシャーソケットに挿す位置でhFEに違いが生じるようだ。

なので、Ibの経路は切り替えずに二個のトランジスタのベースにそのままつなぐのが良いだろう。

トルグスイッチで切り替えるのは二個のトランジスタのコレクタとエミッタのどちらか一方、あるいは両方を切り替えれば良いだろう。

まとめ

当記事では、先日ワテが自作したhFEテスターを改良した作業を紹介した。

具体的には、コレクタ電流を計測する抵抗値を10分の１に減らしたので、その結果hFEが大きなトンランジスタ（hFE=400～）であっても、正確にhFEを計測できるようになった（改良前バージョンと比較して）。

また、改良によって、例えば200 mV DCとテスターで計測されれば、hFE=200と直読出来るようになったのでますます使い易くなった（従来はhFE=200なら 2.000V DCと計測）。

と言う訳で、このhFEテスターや、あるいは以前に製作したFET選別冶具（Nch版、Pch版）を使ってトランジスタやFETを選別して、何か作成したいと思っている。

まずは小形のパワーアンプを作りたいと思っている。

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