トランジスタでスイッチ ON/OFF
トランジスタの動きには増幅とスイッチングがあります。増幅を使おうと思うと増幅率やベース電流、バイアス抵抗など色々と考えないと難しいですが
スイッチングに関しては割りと容易に(大雑把でも)使えます。
増幅では電流量を精密にコントロールする必要があるのに対してスイッチングではゼロか全開かの２択になります。
ゼロは電流をゼロにすれば良いので、全開になる電流値だけを(絶対定格値を越えない範囲で)決めれば使えます。
トランジスタの規格と電流値
2SC1815Yを例にします。ディスコン(製造終了)品ですので余り適当な例ではないですが、参考例が豊富ですし秋月電子などでセカンドソース品が未だ手に入るので。
トランジスタをスイッチとしてシッカリ使うには、ベースエミッタ間飽和電圧VBEを掛けます。VBEはデータシートに記載されており、2SC1815Yでは1.0Vです。
この時の測定条件は、ベース電流IB=10mA、コレクタ電流IC=100mAとなっており、コレクタ電流ICの1/10のベース電流IBを流しています。
このベース電流IBの値はトランジスタによって異なりますが、コレクタ電流ICの1/10または1/20を流しているものが多いようです。
2SC1815Yの場合、増幅率hFEは120～200なので、コレクタ電流ICの絶対定格値150mAを流すにはベース電流(IB)は0.75～1.25mAで良く、10mAは過剰である事が分かります。
※hFEは個体差が大きくバラツキがあるので一番小さい値で考えます。
※過剰なベース電流(IB)を流す状態をオーバードライブと呼び、バイポーラトランジスタで完全にスイッチONの状態にするのに必要です。
なので、実際には1.25mA～10mAの間の電流が流れれば十分な事になります。
ベースに付ける抵抗Ｒ１は、電源が５Ｖの場合IBの絶対定格電流の場合
（５Ｖ－１Ｖ）÷50mA ＝ 80Ω
※80Ω以上でないと過電流で壊れる可能性あり
飽和電流の場合
（５V－１V）÷10mA ＝ 400Ω
ＩＣの絶対定格電流の場合
（５V－１V）÷1.25mA ＝ 3.2KΩ
となるので、80Ω～3.2KΩの抵抗を付けておけば良いことになります。
１ＫΩの抵抗を付けておけば、大体の場合でＯＫです。
実際にコレクタ側にＬＥＤ(IF=20mA)を付ける場合を考えると、ＩＣ＝ＩＢ×hFEで IB = IC÷hFEなので2SC1815Yの場合でhFE=120とするとIB=0.17mA
そうすると抵抗R1は（５Ｖ－１Ｖ）÷0.16mA ＝ 25KΩとなります。
ギリギリだとＩＣに必要な電流が流れない可能性もあるので、IBに多めの電流が流れるように、計算値の半分くらいの12KΩ～１０KΩの抵抗を付けるのが普通のようです。
※この場合、コレクタ側の抵抗で、電流値を制限する必要があります。
物理的なスイッチを付ける場合
物理的なスイッチを付ける場合普通に付けると、スイッチがOFFの時にベースが何処にも接続していない状態になるので誤動作の原因になります。
誤動作を防ぐために、プルダウン抵抗Ｒ２を入れます。
Ｒ２がある事で、スイッチＯＦＦの時にはベースはGND(-)に接続し、動作が安定します。
R2の抵抗値は通常はR1と同じくらいか、大きめにしておきます。
ベースとGND（-）の間にスイッチを付ける場合には追加の抵抗は不要になります。ただし、この場合はスイッチOFFでLEDが点灯、スイッチＯＮでLEDが消灯の動作になります。