【トイガン工房】電動ガンに自作FETを載っけたい① FETとは？篇

どちらかと言えばUFOは信じている方、Sassowです。

WiMAX2+の速度制限規制が2月から緩和。

例えば病気のガチャピンとムックがCMしてます。

今までは直近3日で3GB累積で速度制限がかかってましたけども、
2月からは直近3日で10GB累積で速度制限ということになりまして。

そうだよ、そうなんだよ WiMAX2＋。
3GBってスマホ、 iPad、仕事用PCがあるワタシにはすぐいっちゃいますって。
おまけにyoutubeで音楽流して営業車運転してるしさぁ。

こりゃもう喜びでいっぱいでございまして、
これからは記事更新もiPadで外でガンガンヤッてやろうと思ったりしてますので。

ガンガン頑張るイメージ図。

本題に入る前に但し書き

先日から連続記事でお送りしましたマルイ電動USP手直しと改良企画。

本日からその改良の部分「自作FET搭載」のお話ですが、
その前に「FETとは？」という部分をワタシなりにお勉強してみましたので、
まず先にそちらからちょっと記事にしてみたいと思います。

この記事作成にあたり、色々なサイトを巡り巡って勉強したのですが、
如何せん理系の頭ゼロなワタシですのでかなりざっくりしております。

そして自作FETのきっかけとしてキット一式を頂戴しました、
ご存知電動拳銃工房・電拳管理人の南木さんには心より御礼申し上げます。

はっきり言って電拳さん見た方がこのブログより有益です。

そして、今回の記事ではトイガン初心者・電子回路知識ゼロのワタシが
とりあえず最低限の知識を持って何とか頑張ってFETを電動ガンに載せるという姿をご紹介します。

なので正しい知識や更に深い仕組みを知りたい!!という方には向きません。
そして、既に「ご存知FETですけどね」なんて手慣れの先輩方には不快かもしれません。

が、初心者だって初めてだって、FETが気になるし何とか電動ガンに載せたいんだ!!という思いの基、
試行錯誤しながらキチンとしたFETデバイスを作って使うようにするという目標でやってます。

なので、例えばパーツ選定は他の方と同じものをとりあえず選んで、
まずは組み上げまで見よう見まねでやってみたというレベルですので、
それを踏まえて一緒に頑張ってみて頂けたら幸いでございます。

うるさいっ!!

FETって何よ？

読み方は多分「エフイーティー」です。「フェット」だとグミみたいですし。

じゃあそのFETって何なのよと、まずは教科書的な文言を載せてみますと、

“電界効果トランジスタ(FET)とは、ゲート電極に電圧をかけ、チャネルの電界により電子または正孔の流れに関門（ゲート）を設ける原理で、ソース・ドレイン端子間の電流を制御するトランジスタである。”

Wikipediaより抜粋

だそうです。なるほど。
で、このFET素子を使ってFETデバイスを作り、それを電動ガンに載っける訳です。

…え？

いや、だから多分ワタシなりの解釈でいくとですね、
「電動ガンにFETデバイスを載っけるとスイッチ回路にゲートを設けて電流を制御出来る」んです。

…え？

じゃあもっと噛み砕いてイメージ的な文言でいくとですね、
「電動ガンのスイッチをFETデバイスに置き換えてスイッチに大電流が流れなくする」んです。

とまぁ言ってみたりしましたけども解釈が合っているのかは不明。
間違ってたらゴメンなさい。

もうちょっと説明の為に一般的な電動ガンの配線図を書いてみました。

大体こんな感じでイメージがつきますでしょうか。分かりにくくて申し訳。
なお、わかりやすくする為にヒューズとSBDは割愛。

この図ではつまり、スイッチが入ることで直接スイッチにバッテリーから電流が流れ、
モーターにたどり着いてモーター回転ということになります。

で、このとき過度の大電流が流れちゃうのでスイッチに「バチッ」と火花が散り、
スイッチの接点焼け、摩耗してしまい最後は使えなくなってスイッチ交換、となります。

ここでFETデバイスを組み込んだ図をまた書いてみました。

直接バッテリーの電流をスイッチに流すのではなく、FETデバイスを介して電流を制御して、
一方のスイッチは弱い電流を信号線を使って流すだけなので、
通常配線のような火花も散らずにスイッチ焼けを防止、
末永く電動ガンを使えるということらしいです。

ということで、超端的に、ワタシ的な言葉で解釈すると、
電動ガンに於いては「FET=スイッチ焼け防止装置」ということになります。
FETそのものの解釈は不安ですが、電動ガンに於いてのFETの解釈は間違ってないでしょう。

FETデバイスの仕組み

FETを介した電動ガンのモーター動作の仕組みを軽い解釈でお話します。
まずは今一度配線図を見てみます。左がFET、右が通常配線です。

注目はオレンジ色の◯印。

そうです、FET配線では既に回路は繋がってます。
繋がってますがこのFETが流れる電流を電子制御して遮断しているので、
実際には通電していないように見えるということになります。

なのでスイッチ(トリガー)無視して電流流れるじゃん!!ってことになりません。
FETの電子制御の関門が開かないと電流は流れないようにしてくれます。

じゃあゲートを開く為にはどうするか、という点を踏まえてイチから流れを見てみます。

【FETを載せた電動ガンの動作の流れ】

①バッテリーからの電流がS(ソース)端子へ
ただし、電流はFETで遮断されます。

②スイッチ作動させる→信号線でFETのG(ゲート)に働きかけ
電動ガンのトリガーを引いてスイッチが入ると通常配線のように電流回路を接続するのではなく、
「スイッチ入りましたよ！」と微弱な電流で信号をFETに伝えます。

③FETで遮断されていた電流がD(ドレイン)端子からモーターへ
スイッチからの信号を受けて電流を解放。

④モーターまで電流が流れる→モーター作動
これでメカボックスが作動して電動ガンとして動作します。

以上が大まかな動作の流れになります。これがFETとその配線の仕組みです。多分。

通常配線と比べると、スイッチの役目がただの伝え役に変わり、
FETが本来のスイッチのように回路を繋いで電流を流す役目を担っている点が違います。

FETデバイスのメリット、デメリット

ん？じゃあFETって結局代用スイッチ？
それ苦労して載せて何のmeaningがあるの？という方へ。

改めてここでFETを載せるメリットとデメリットを明確にしておきます。
何事もデメリットを理解して、リスクを知った上で扱わないとイケませんもの。

【FET搭載メリット】

①スイッチ焼けがほぼ起きない
②サイクル向上
③トリガーレスポンス向上

【FET搭載デメリット】
●暴走の危険性がある

メリット①『スイッチ焼けがほぼ起きない』
これは先程説明した通りですが、FETを電動ガンに載せる最大の理由。
通常配線では例えばSBDなんかを載せてても、スパークしてスイッチが焼けちゃう訳で、
これが何度も起きてるとスイッチの動作不良になります。

その度にスイッチは消耗品として交換する必要が出てきますが、
FETでスイッチ焼けを防止すると、スイッチ部分に関しては理論上永久にメンテナンスフリー。
いつまでも快適な電動ガンライフを続けることが出来ます。

メリット②『サイクル向上』
これに関しては賛否あるようですが、どちらかと言うと向上するという意見が多い？
理由としては「配線とコネクタの変更による恩恵」という点と、
何よりFETが電流制御するのでスイッチに余計な電流を使わせずに、
効率の良い回線になる為だとのことらしいです。

なんとなく分かる気もするし、よく分からないような気もしますが、
スイッチの無駄なスパークがなくなってるんですから効率は良くなってるんでしょう。

メリット③『トリガーレスポンス向上』
これも②と同様の理由だそうで、上がるらしいです。
配線図を見てみても、＋線はバッテリーからモーターに直通だし、
-線もFETで実質繋がっていますので、
完全にスイッチで遮断されていた通常配線とは効率が違うのはなんとなく納得。

デメリット『暴走の危険性あり』
通常運用では特にデメリットはないようですが取り扱いを誤ると大変そうです。
先程からのお話の通り、回路は既にFETを挟んで繋がっています。いつでも電流流れます。

そこをFETで電流を流したり遮断したりしてるんですが、
このFETが壊れちゃうと電流流れっぱなしになります。つまり永久フルオート。

サバゲーのフィールドでゲーム中ならまだしも、
セーフティエリアで急に暴走された日には怪我人続出でしょう。

後ほど記載しますが、FETは熱に非常に弱いので扱い方や設置を間違うと、
暴走状態になり兼ねないという危険をはらんでいらっしゃいます。