１００円ショップ自転車ライトの白色ＬＥＤ化記事で改造したライトを、こんどはピカピカ点滅するように改良しましょう。
　夜間走行の目印効果ＵＰ間違いなし！

　ＬＥＤの点滅回路は普通に考えると

・トランジスタで無安定マルチバイブレーターを作る
・自動点滅ＬＥＤとトランジスタで点滅回路を作る
・タイマーＩＣ５５５等を使って発振回路を作る
・ＬＥＤ点滅専用ＩＣを使用する
・ＰＩＣかＡＶＲマイコンで点滅制御チップを作る

などの方法が挙げられますが、気の迷い★小ネタ集★的にはどれも電子回路の知識をもって複数部品を組み立てたり、ワンチップマイコンのプログラミング環境や書き込み機を持っていないと自作できないなど、『ほとんど手間をかけずに、ありもの(市販品)を流用して簡単に目的を達成する』という電子回路の初心者でも達成できる自作工作の範囲をちょっとだけオーバーしそうな気がします。

　いや別に、自分で作るぶんにはなんでも構わないのですが、やはりここは誰にでも簡単に手に入る物を使って、それでいて少しだけ電子工作の気分が味わえる加工を行うことにします。

　元は「１００円ショップの自転車ライト」ですから、今回の改造でも『１００円ショップで売っているあのパーツ』を心臓部に使用することにしましょう。
　相変わらず、高い部品や高級回路は使わずに、貧乏一直線で今回もスタートします。

　さてさて、今回の点滅ライトの心臓部である「点滅・発振回路」を１００円ショップで探してみましょう。

　まず目に付くのは『自転車用、ＬＥＤ点滅ライト』といった感じの安全灯です。
　赤色ＬＥＤが３〜５個くらいついていて、なんと５〜７種類もの点滅パターンが選べます。
　「ほとんどそのまんま使えるんじゃ？」と思ってしまいますが、点滅パターンを選ぶスイッチをライトに付けるのも面倒ですので、これはパス。
（今回の改造記事を読めば、ＬＥＤ点滅ライトを流用しても作れます）

　さてもう１つ、１００円ショップで有名な『光りモノ』といえば・・・
　そう、写真の「デコレーションプチライト」(ザ・ダイソー)ですね。

　クリスマスツリー等の装飾用に、「点滅タイプ」と「常時点灯タイプ」、色も「赤」と「緑」、ＬＥＤも「５mm砲弾型×15個」「３mm砲弾型×20個」「ハート型プラスチック埋め込みＬＥＤ×11個」「星型プラスチック埋め込みＬＥＤ×11個」などバリエーションも豊富です。(一部緑と書いてるのにオレンジ色ＬＥＤの品も…)
　イルミネーションに使うなら点滅型を数個買って来て同時に点灯すれば、点滅周期の微妙な個体差で全体としては複雑な点滅となってとてもきれいです。
　今回は自転車ライトの点滅用に使用しますので「点滅タイプ」を購入します。
　ＬＥＤの色や形はなんでも良いです。どうせ今回は使いませんので…

　ネジを外して電池ボックス上部を開くと、電源スイッチと共に左の写真のような小さな基板が入っています。この基板が「点滅回路」です。
　今購入できる大半の品にはトランジスタにS8550を使用している左側の基板が入っています。
　旧製品ではSS9012を使用した右側の基板が入っています。(トランジスタは共に中国製)
　どちらも回路図は同じなのですが、モールドチップの向き(レイアウト)が全く逆なので、基板パターンが左右反対になっていますので注意が必要です。
　ところが！配線が左右逆のはずなのに、写真のトランジスタはどちらも同じ方向(部品番号の印刷面/表面が向こう側を向いている)にとりつけられているではありませんか！？
　S8550もSS9012もどちらも同じピン配置(表側からE-B-C)で、配線が逆なのに同じ向きでとりつけられているS8550はどう考えても大間違いなのです。
　「S8550の仕様が変わってC-B-E配置になってる？」「実はS8550に見せかけて別のトランジスタ？」とか不思議な想像が頭の中に次々に沸いてきますが、順に追って確かめてゆきましょう。
　なんだか本題以外に解決しなければならない大問題勃発って感じです。まさに『気になって気になってしようがない』のでこれは確かめなければ夜も眠れません。

　こちらがデコレーションプチライトの回路図です。
　発振回路の入ったＩＣ(基板ではモールドの中)の出力でトランジスタのベース電流を断続的に流したり切ったりし、それに連動してコレクタ側に接続されているＬＥＤ(11〜20個)に電流を流して点滅させるしくみです。
　ＬＥＤには電流制限抵抗は入っておらず、乱暴な回路となっています。
　旧式のSS9012が付いた基板では回路図通りに正しく組み立てられていましたが、S8550がついた新しい基板ではトランジスタが逆向きにとりつけられています。

　逆向きにとりつけられていると、正常に動作するはずが無いのですが、なぜかＬＥＤは点滅しています。これは中華４千年の秘技なのでしょうか？
　山奥の秘境で修行をした達人のみが成しえるという、「気」の力で人体内部の臓器を全て左右反転させるという秘術を施した「幻の中華トランジスタ」なのでしょうか！？
　全ての謎はこの後遂に明かされます！
　チャンネルはそのまま！！

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◇ お願い ◇
　電子回路の難しい話は嫌い！という方は、このページのずっと下の『改造回路図と部品の選定』の項まで一気に読み飛ばしてください。
　ここからしばらくはかなりややこしい話になりますので、読むとじんましんが出てしまうかもしれません。
　しかし幻の中華トランジスタの謎を解くカギはこの中にしかありません。

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● トランジスタの動作原理の「謎」を解く
　かなりわき道に逸れますが、ここでトランジスタの動作をおさらいしておきましょう。
　今回使われているS8550もSS9012もどちらもＰＮＰタイプのトランジスタです。

ＰＮＰトランジスタの正しい電流の流れ方です。 　エミッタ→へ→ベースに流れる微弱な電流を増幅して、エミッタ→コレクタに数百倍の電流を流すことができます。

S8550のとりつけではエミッタとコレクタが逆になっていますので、普通に考えれば正しくベース電流が流れないのでトランジスタの増幅動作は行われずに、コレクタ電流は流れないことになります。

　海より深い謎を解くべく実験です。

　基板からS8550をとりはずし、ブレッドボード上で「正しい配線」「逆の配線」の両方で動作を確認できるようにします。
　その結果…両方とも動作しました！
　どちらでもＬＥＤは点灯(点滅)しています。

　激しくアンビリ〜バボ〜！です。

　逆接続実験とは別に、「S8550の仕様が変わってC-B-E配置になってる？」「実はS8550に見せかけて別のトランジスタ？」という考えられない疑問を解消すべく、S8550単体で増幅度(hfe)の試験をしましたが、３本の足は正しく[E-B-C]配置でＥ→Ｂ間に電流を流した場合にのみ増幅動作を行いました。


　しかし実験で面白い現象が確認できました。
　それは、『エミッタとコレクタを逆に接続した場合でも、ベースに一定以上の電流を流すようにするとコレクタ−エミッタ間が導通してしまう』という現象です。
　これはこう考えられます。
　ＰＮＰトランジスタの構造はこのようになっています。
　Ｎ型半導体をＰ型半導体で挟むような構造になっていて、エミッタ−コレクタ間は逆向きのＰＮ接合が向かい合っているので電流は流れません。
　（電流はＰからＮの一方通行でしか流れない）
　エミッタ−ベース間のＰＮ接合部にはエミッタ側を＋、ベース側を−にしてやると一方通行で電流が流れます。(ベース電流)
　ベースに電流が流れると、ＰＮＰの順で接合されている半導体の中をベース電流の大きさに比例(数百倍)して電子が移動できる状態になり、エミッタ→ コレクタ間にも電流が流れます。トランジスタの増幅作用です。
　普通はエミッタとコレクタには製造時に性格付けがなされているので逆接続をしても増幅動作はしませんが、一定の電流値を超えるとどちらも同じＰＮ接合同士なので性格づけが崩壊(飽和)してＰＮＰ接合部を電子が移動できるようになってしまうものと考えられます。
　S8550以外にも、国産のＰＮＰトランジスタ数種でも実験してみましたが、同じ結果が得られました。

【結論】
　今回のデコレーションプチライトでは、トランジスタのベースの電流制限用抵抗は全く取り付けられてなく、ＩＣの出力端子の内部抵抗のみとなっています。
　ですので逆接続状態を崩壊させるのにじゅうぶんなベース電流がトランジスタに流れ(飽和状態)、逆向きに取り付けられているにも関わらずＬＥＤが点灯してしまっているのです。
　実はこれは中国製トランジスタの足がＥ−Ｂ−Ｃ配置だった(中国製はほとんどそう)ことによる偶然の出来事で、日本製のＥ−Ｃ−Ｂ配置では取り付けを間違ったら今回のような動作はしません。
　つまりは・・・偶然動作してしまってはいるものの、今回の製品を作った中国の工場では製品の組み立て管理がここまで"ずさん"だということなのです。回路図通りかどうかなんてチェックしていません。ある意味発売元のダイソーにも責任があるんじゃないかと思うのですが。

　ＬＥＤ部の違う数種類のデコレーションプチライトを購入して分解してみましたが、今回(2006/10)に近所のダイソー数店舗で別々に購入したものは全てトランジスタ逆付けでした。一回の生産で数千個、数万個単位で基板部分を作っているのでしょう。それが全て逆付けの可能性も・・・
　今回の製品ではＬＥＤが点灯しているので良いのですが(あまり良くは無いが…)、もしこれが長時間点灯させていたらトランジスタが損壊して点灯しなくなる、発熱・発火を引き起こすような不具合だったらと思うとゾッとしますね。

● 気を取り直して、流用は可能か？
　つまらないことで時間と労力を使ってしまいました。
　本来なら回路図を書いて、改造ポイントを探して改造するだけで済んだのです。
　目的の前に疲れてしまいました・・・
　改めて回路図を見てみましょう。

　そのままでＬＥＤを１０個以上点灯させていますので、このままデコレーション用のＬＥＤを外して自転車ライトの白色ＬＥＤをつないでしまえば点滅するんじゃ？

　いえいえ、そうは簡単にはゆきません。
　自転車ライトでは電源(電池)の電圧が倍の６Ｖ(ニッケル水素電池では4.8V)であること。
　白色ＬＥＤの点灯電圧は３．２Ｖ〜３．６Ｖ程度以上はかけてやらないといけないこと。
　そのまま３Ｖ電源で動いているこの点滅回路をただ単に配線を切って繋ぎ変えるだけではすみません。

　『６Ｖ(4.8V)の電源で、白色ＬＥＤを点灯させる』ために改造を行います。

　この回路が６Ｖの電源でも正常に動けば何の問題もありません。
　中のＩＣがどんな回路・定格なのかは全く不明ですので、６Ｖでも動作することを期待して、ＬＥＤ側には６Ｖ用に電流制限抵抗をつけて試しに電池４本に接続してみました。

　・・・５秒でＩＣが焼けて溶けました(笑)

　数秒間はしっかり点滅していたのですが、スッと点滅が止まり、ＩＣを覆ったモールド部からパチパチという半導体の焼ける音と臭いが出始め、ショートした回路に流れる大電流で過熱して白い煙が立ち始めました。香ばしい香りがあたり一面に広がります。

　このＩＣは３Ｖ＋α以上の耐圧は無いようです。


　ということは、６Ｖの自転車ライトで使用するには、このＩＣ用に３Ｖの電源を供給しなければなりません。
　６→３Ｖの直流定電圧電源(レギュレータ)とか、DC-DCコンバータとかが必要！？
　・・・とかいう凄いことにはならないようにしたいものです。
　なにしろ元は１０５円の代物です。

　ＬＥＤや、ドライブ用のトランジスタは外してＩＣ単体での消費電流を測ります。
　約２０〜３０μＡでした。
　マイクロアンペアオーダーなので、気合を入れた電源回路なんて用意しなくても、抵抗２本で分圧する程度でじゅうぶんです。
　１ＫΩを２本(１０円)で電源を５０％に分圧して３Ｖ(2.4V)を供給することにします。

　テストをしてみて特に問題は無し。元気に発振しています。
　電源問題はこれで解決。(一個焼いたけど…まぁ105円だし…)

　デコレーションプチライトの点滅パターンはつぎのようになっています。

0.1 秒 点灯

0.3 秒 消灯

0.1 秒 点灯

0.3 秒 消灯

の繰り返し

　イルミネーションとして使用するにはパッ…パッ…パッ…と点滅して綺麗なのですが、自転車ライトとして使用するにはちょっと点灯時間が短すぎて目立ちませんし、点滅しながらでも前を照らす為には点灯比１／４では暗くてたまりません。

　点灯比を５０％程度にするとか、点滅周期をもう少し早くしたいとか、希望はいくつもありますが、細かい時間設定はモールドされた中のＩＣで決められていますので手を出すことはできません。
　点灯比を変える(50%に)くらいならＣ・Ｒで回路を組めば簡単にはできそうです。
　しかしＣ・Ｒを追加して色々と時定数を弄るのもなんだかなー、という感じなので、どうせパーツを一個か二個追加するのなら今回はサクっと点灯と消灯の動作を反転させてしまいましょう。
　こんな感じにしようと思います。

0.1 秒 消灯

0.3 秒 点灯

0.1 秒 消灯

0.3 秒 点灯

の繰り返し
　ちょっと点滅は遅い感じはしますが、点灯してるライトが１秒間に２．５回フラッシュするので対向者に注意を喚起するにはじゅうぶんです。

　改造ポイントを探します。

　元からあるＰＮＰトランジスタを活かして、更にトランジスタを一個増やして２段の反転回路にする方法も良いでしょう。

　しかしもっと簡単に、今あるＰＮＰトランジスタは外してしまって代わりにＮＰＮトランジスタを使って動作極性を反転させてしまえないでしょうか？
　もしＩＣの出力がC-MOSタイプで、VDDとVSSの両方に電圧が振られているのであればトランジスタを交換するだけで済みます。(制限抵抗は必要だけど…)
　調べてみました。
　出力端子に何も繋いでいない状態でオシロスコープで波形を観測します。
　残念ながら、電圧は全く出ていません。
　本来の点灯サイクルの０．１秒間は波形が０Ｖで安定します。消灯サイクルの０．３秒は波形に乱れが生じます。周囲からの誘導ノイズを拾っているようです。
　元の回路図とこの観測結果から「このＩＣの出力はオープンドレイン(オープンコレクタ)タイプである」ということがわかります。

　なら話は簡単。VSSへの引き込みはできるのですから、プルアップ抵抗(電源からのバイアス抵抗)を付けてＮＰＮトランジスタにベース電流を流すようにし、それをＩＣの出力で引き落とせば元の点灯サイクルではＩＣに電流を引き込みトランジスタを停止させ、消灯サイクルではオープンでバイアス抵抗からのベース電流でＮＰＮトランジスタを動作させてＬＥＤを点灯させる回路を作れば良いだけです。
　ＮＰＮトランジスタを付ける前に、本当にこのＩＣがオープンドレイン出力で、じゅうぶんに電流を引き込む能力があるのかを確かめます。
　電源と出力端子の間に１ＫΩの抵抗を接続し、出力端子の電圧の変化をオシロスコープで観測します。
　電源電圧と０Ｖの間を綺麗に往復している波形が観測できましたので、この負荷(1K)の場合はじゅうぶんに電流を制御できることが確認できました。
* 写真はトランジスタまで接続してＬＥＤ点灯テスト中