上のページでトランジスタとは電気的にON/OFFがコントロールできるスイッチのようなデバイスであるという話をしました。トランジスタの持つ３つの端子のうち、「ベース」という端子に電圧をかけて少量の電流が流れるような状態を作ると「コレクタ」という端子から「エミッタ」という端子へ電流が流れる状態になります。（この時、当然ですがコレクタとエミッタの間には電源が接続されている必要があります。電源なしの状態でベースにいくら電流を流しても、コレクタ・エミッタ間に勝手に電流が発生したりすることはありません。）

トランジスタのスイッチ機能の動作イメージ

トランジスタがONになる条件は「ベース」と「エミッタ」の間に0.7V以上の電圧がかかることです。ベースの電位がエミッタを基準にして0.7V高い状態になってベースからエミッタへ電流が流れると、トランジスタがONになり、コレクタからエミッタの方向へ電流を流すことができる状態になります。これはちょうどコレクタとエミッタの間に機械式のスイッチがあって、ベースに流れる電流を検知してスイッチがつながるようなイメージです。ただし、実際の機械式スイッチと違って電流が流せる方向はコレクタからエミッタ方向だけに限られます。

反対に「ベース」と「エミッタ」間の電圧が0.7Vより低くなるとトランジスタがOFFの状態になります。トランジスタがOFFになるとコレクタとエミッタの間が遮断されて電流が流せなくなります。これはコレクタとエミッタの間にある機械式スイッチが、ベースに流れる電流の減少を検知してスイッチが離れた状態になるようなイメージです。

基本的には上記のような単純な機能を持っているトランジスタなのですが、実際の回路でスイッチング機能を実現しようとすると少しややこしい問題に直面します。

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スイッチ回路におけるベース抵抗の考え方と計算方法

まずトランジスタのベース端子に0.7Vちょうどの電圧をかけるのが難しいです。0.7Vちょうどの電池などもありませんし、マイコンなどのデジタルICの出力電圧は5Vだったり3.3Vだったりすることが多いです。（抵抗で分圧して0.7Vを作るという発想も良いとは思いますが、ここはある程度お決まりの方法がありますので以下に紹介します。）

0.7V以上でONになるのだから3.3Vでも5Vでも電圧をかけてしまえば良いではないか、と思われるかもしれませんが、ON状態になったベース・エミッタ間の抵抗はとても低くなってしまうので、3.3Vや5Vという高い電圧がかかると大電流が流れてトランジスタが壊れてしまいます。ONになった状態で急に電流が流れ始める特性はダイオードと似ています。というか、トランジスタのベース・エミッタ間はダイオードと同じ構造です。（ルネサスエレクトロニクスの以下のページが参考になります。）

https://www.renesas.com/ja-jp/support/technical-resources/engineer-school/electronic-circuits-02-diodes-transistors-fets.html

実際のデジタルICの出力ピンは大抵「出力インピーダンス」が電池などに比べると高いので、トランジスタを壊すほどの電流が流せないものも多いです。このようなデジタルICの出力ピンにトランジスタのベースを直結しても、トランジスタが壊れる前に出力ピンの電位が下がるのでうまく動作する場合もあります。ただし、電池などが出力する3Vにベースを直結させたりするのは危険です。トランジスタに大電流が流れて燃えてしまいます。「入出力インピーダンス」に関してはこちらのページをご覧ください。

0.7V以上の出力、例えば3.3Vの電圧が出力されるデジタルICの出力ピンによってトランジスタをONさせようとした場合、以下のような考え方でベースの手前に抵抗を入れるようにします。

まずスイッチングに使用するトランジスタのコレクタ・エミッタ間に流す電流を決定します。よくあるのはちょっと明るめのLEDをトランジスタでON/OFFしたい、といった場面でしょうか。例えば順方向電圧3.1Vの白色LEDをトランジスタを経由してON/OFF制御したいとしましょう。LEDには30mAの電流を流して光らせたいとします。電源電圧を5VとするとLEDと直列に入れる抵抗値は以下の計算式によって約63Ωということになります。