トランジスタでLEDやリレーを動かす:スイッチング回路の基本
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- トランジスタは電気で動くスイッチとして使える
- ベース抵抗で入力電流を制限する
- LED駆動回路では負荷電流を見る
- リレーを動かすときは保護ダイオードを入れる
- GNDを共通にすることも大切
- まとめ:小さな信号で大きめの負荷を切り替える
マイコンやスイッチでLEDを光らせるだけなら、比較的簡単に回路を作れます。しかし、明るいLED、リレー、モーターなど、少し大きな電流が必要な部品を動かす場合は、マイコンの出力端子だけでは対応できないことがあります。
そこで使われるのが、トランジスタのスイッチング回路です。トランジスタを使うと、マイコンからの小さな信号で、別の電源から流れる電流をON/OFFできます。この記事では、電子工作でよく使うLED点灯回路やリレー駆動回路を例に、トランジスタをスイッチとして使う基本を整理します。
トランジスタは電気で動くスイッチとして使える

トランジスタには、ベース、コレクタ、エミッタという3本の端子があります。NPNトランジスタを使った基本的なスイッチング回路では、ベースに小さな電流を流すことで、コレクタからエミッタへ電流が流れるようになります。
イメージとしては、ベースがスイッチを操作する部分、コレクタとエミッタが実際に電流を流す通り道です。マイコンの出力はトランジスタをON/OFFするために使い、LEDやリレーを動かす電流は、別に用意した電源から流すと考えると分かりやすいです。
LEDを負荷として使う場合は、通常どおり電流制限抵抗を入れます。トランジスタは電流をON/OFFするスイッチの役割をしますが、LEDに流れる電流を自動で適切に調整してくれるわけではありません。
ベース抵抗で入力電流を制限する

トランジスタのベースには、マイコンの出力を直接つなぐのではなく、通常は抵抗を入れます。この抵抗をベース抵抗と呼びます。ベース抵抗は、マイコン出力からベースへ流れる電流を制限するための部品です。
ベース抵抗が小さすぎると、マイコンやトランジスタに必要以上の電流が流れる可能性があります。反対に大きすぎると、トランジスタが十分にONせず、LEDが暗くなったり、リレーが動かなかったりすることがあります。
LED駆動回路では負荷電流を見る
LEDのトランジスタ駆動回路では、マイコンの出力でLEDの電流を直接流すのではなく、トランジスタを通してLEDを点灯させます。これにより、マイコンの出力端子に大きな負担をかけずにLEDを制御できます。
ただし、トランジスタにも流せる電流や消費電力の限界があります。明るいLEDや複数のLEDを動かす場合は、LEDに流れる電流、トランジスタの定格、電流制限抵抗の発熱を確認しておきましょう。
リレーを動かすときは保護ダイオードを入れる

リレーは、内部にコイルを持つ部品です。コイルに電流を流すと接点が切り替わり、別の回路をON/OFFできます。ただし、リレーのコイルを動かすには比較的大きな電流が必要になるため、マイコンから直接駆動するのが難しい場合があります。
そのような場合は、マイコンとリレーの間にトランジスタを入れて、リレーを駆動します。トランジスタリレー回路では、マイコンの小さな信号でトランジスタをONにし、リレーコイルへ必要な電流を流します。
ただし、リレーのようなコイル負荷では、OFFにした瞬間に逆向きの高い電圧が発生することがあります。この電圧からトランジスタを守るために、リレーのコイルと並列に保護ダイオードを入れるのが基本です。フライバックダイオード、フライホイールダイオードなどと呼ばれることもあります。
GNDを共通にすることも大切
外部電源でLEDやリレーを動かし、マイコンでトランジスタを制御する場合は、GNDのつなぎ方にも注意が必要です。マイコン側のGNDと外部電源側のGNDがつながっていないと、トランジスタのベース電圧の基準が定まらず、思ったようにON/OFFできないことがあります。
回路図を見るときは、信号線だけでなく、電流がどこから流れて、どこへ戻るのかを確認しましょう。電源から負荷へ流れ、トランジスタを通ってGNDへ戻る流れを追うと、スイッチング回路の仕組みが理解しやすくなります。
まとめ:小さな信号で大きめの負荷を切り替える
トランジスタのスイッチング回路は、マイコンや小さなスイッチ信号で、LEDやリレーなどをON/OFFするための基本回路です。マイコンはトランジスタを操作し、実際に負荷を動かす電流は電源から供給されます。
使うときは、ベース抵抗、負荷に流れる電流、トランジスタの定格、GNDの共通化を確認しましょう。リレーやモーターのようなコイル負荷では、保護ダイオードも忘れないようにすると、トランジスタを使ったリレー駆動回路をより安全に扱えます。


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