電子回路初心者ですが、下記内容で回路を作らなければならず、ご教授いただけないでしょうか?
DCにて、10mA~20mAの固定電流を、10オーム程度の抵抗を持つ半導体素子(ダイオード)に
通電をしないといけません。その時の電圧はおおよそ2V程度です。
ただし、通電中にデバイスが劣化などによりショートしてしまっても、最初に設定した固定電流以上には流さないような回路を作らなくてはなりません。
同時に10個ほど固定電流を流しながらデバイスを評価したく思います。
どのように、カレントミラー回路を作製すればよろしいでしょうか?
電子回路初心者ですので、具体的にどのような素子を選んで、どのように計算して目安を付け
回路を作ればよいか、教えて頂けないでしょうか?
大変困っておりおります。
助けて頂けないでしょうか?
A 回答 (3件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.3
- 回答日時:
今晩は、回答NO.1です。
まず最初に、謝らなければなりません。すみません、デバイスの電圧降下が2Vというのを
電源電圧と勘違いして電源を2Vで設計した内容で回答してしまいました。
これでは正常に動作しませんので、電源を5Vに変更した回路と抵抗R1を変化させた
時の出力電流の関係の特性のシミュレーション結果を添付し直しましたのでこちらを参照ください。
尚、抵抗値が変わってますので確認願います。また、R1は1kΩの可変抵抗に変更しました。
つぎに以下に動作の説明をいたします。
まず、抵抗R1、R2とR3に基準の電流を流します。R1、R2に流れる電流はほとんどトランジスタのコレクタに流れます。R3にはその同じ量の電流が流れます。この基準になる電流をI0とします。
ここでトランジスタのベース-エミッタ間電圧をVBE、コレクタ電流をIc、コレクタの逆方向飽和電流をIsとするとVBEは
VBE = VT*ln(Ic/Is) (1)
という関係式が成り立ちます。ここでVTは VT=kT/q (q:電子素量、T:絶対温度、k:ボルツマン定数)
まず、Q1のベース電圧 VB1 は
VB1 = I0*R3 + VBE1 = I0*R3 + VT*ln(I0/Is1) (2)
で表されます。次に負荷としてQ2とR4の回路を考えます。Q2のコレクタ電流をIc2とします。
Q2のベース電圧は VB2 は
VB2 = Ic2*R4 + VBE2 = Ic2*R4 + VT*ln(Ic2/Is2) (3)
で表されます。
VB1とVB2は等しいので、式(2)から式(3)を引いて、
VB1-VB2 = I0*R3-Ic2*R4 + VT*ln(I0/Is) - VT*ln(Ic2/Is) = 0
Q1とQ2は同じ種類のトランジスタの場合、Is1とIs2は等しい。したがって、
VT*ln(I0/Ic2) = Ic2*R4 - I0*R3 (4)
という関係が得られます。式(4)でVTは常温(25℃)で約26mVになります。提示した回路
ではI0を5.45mAの時にIc2を20mA流し、R3を200Ωとして式(2)からR4を計算してます。
式(4)を変形して、
R4 = (VT*ln(I0/Ic2)+I0*R3)/Ic2 (5)
この式(5)に上記数値を代入し、R4は52Ωと計算されます。実際の回路では、R4には51Ωを使っています。
更に、ほかのQ3からQ5の負荷も同様な設計になります。
これまで説明しませんでしたがトランジスタQ6の機能について以下に説明します。負荷が1系統だけ、たとえばQ2とR4の回路だけの場合はQ6は使用せずに、単純にQ1のコレクタとベースをショートします。その場合Q1のコレクタからQ1、Q2のそれぞれのベース電流が流れます。この2つのトランジスタのベース電流はR1、R2に流れる電流から差し引かれる誤差電流に相当します。負荷がQ2以外に沢山接続されてくるとそれら全てのベース電流をQ1のコレクタから供給することになってしまいますので誤差が更に大きくなってしまいます。その対策としてQ6のベースをQ1のコレクタに接続し、エミッタをQ1のベースにそしてコレクタを電源に接続します。こうすることにより、Q1のコレクタからカレントミラーの負荷のトランジスタのベース電流はQ6のエミッタから供給できるようになり、Q1のコレクタからはQ6のベース電流だけ分流するだけでよくなるので、誤差が大幅に減少します。
回答NO.2の方が指摘されているような、どれかの負荷がオープンになった場合にはべース電流がかなり大きくなりますが、Q6のおかげで、その増加したベース電流をまかなってくれるため、他の
カレントミラーの負荷の設定電流への影響を大幅に軽減してくれます。
xpopo様
回路の修正および、順を追って御説明してくださり、
よくわかりました。
ありがとうございました。
実際の回路の駆動状態が理解できました。
大変感謝しております。
実際駆動回路作製し試してみます。
ありがとうございました。
No.2
- 回答日時:
「通電中にデバイスが劣化などによりショートしてしまっても」とありますが「断線してしまっても」という条件下のブロック間干渉対策は、ご要望の対象外でしょうか。
必要精度によりますが、既回答は後者の意向をかなえるものでは無いかもしれません。仕様に関しQ&Aの不整合が無いか心配になりました。コレクタの結線が切れ、エミッタフォロア的機能を失ったトランジスタは、大きなベース電流を要求するので、正常ブロックの電流値は小さくなります。取り越し苦労なら良いのですが・・・。
veryyoung様
コメントありがとうございます。
評価デバイスのOPEN状態は考慮しておりませんでした。
ありがとうございます。
xpopo様より、この点のコメントいただき他のカレントミラー回路には影響は小さいとコメントいただき、
安心いたしました。
ご指摘ありがとうございました。
No.1
- 回答日時:
添付回路を参照ください。
トランジスタは 2SC1815 を使用します。
回路図で抵抗 R1 には 500Ω の可変抵抗を使用してください。
添付の回路図の下のグラフは抵抗 R1 を 0.01Ω から 500Ω
まで変化させた時の負荷、10Ωに流れる電流を示してます。
添付の回路図では4つの10Ω(R8~R11)に固定電流を流すようになっています
が、4つ以上に増やす場合は、同じ回路を増やしてゆけばいいだけです。
尚、通電中にどれかのデバイスがショートしても設定値の電流は変化しません
ので大丈夫です。
それから図ではデバイス(ダイオード)が抵抗R8~R11になってますが、これらの
抵抗をダイオードに置き換えても電流は変わりません。
xpopo様、
早速回答して頂きましてありがとうございます。
回路早速試してみたいと思います。
ありがとうございました。
あと、大変恐縮ですがこの回路の動作を解説して頂けないでしょうか?
トランジスタQ1に対して、可変抵抗R1によりR1よりR3方向へ所望の電流値(たとえば20mA)が流れてます。
この時トランジスタQ6の動作は、Q6のベース側に、トランジスタQ1のコレクタ側を接続されております。
トランジスタQ6のエミッタ側を、必要個数のカレントミラー回路となっておりますが、
どうして、この回路でミラー回路になるのかよくわかりません。
電子回路初心者で、どうも動作が理解ができずにおります。
順を追って、解説して頂けないでしょうか?
お手数おかけしてすみませんが、御教授ください。
よろしくお願いいたします。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- バッテリー・充電器・電池 小型シール鉛蓄電池の放電後の電池電圧について教えてください。 5 2022/09/08 10:10
- 物理学 微小電流で働くサイリスタもしくはそれと同等の回路 6 2022/04/17 22:16
- 物理学 無励磁作動型電磁ブレーキの作動について 4 2022/05/18 11:18
- 工学 リレーと電磁接触器の選定について 2 2023/07/12 23:31
- 電気工事士 電気の初心者です。教えてください。 交流のRL直列回路で位相差が45度の場合、抵抗の端子電圧がプラス 1 2023/07/09 19:31
- 物理学 並列回路について質問です。 5 2023/06/06 11:34
- 物理学 回路全体でどのような力の綱引きがあり、どのようにして電流が一定に定まるのかしりたい。 4 2022/04/30 04:02
- 工学 NMOSのゲートソース間電圧ードレイン電流特性の実験のシミュレーションを写真の回路でやったのですが、 1 2022/05/03 00:50
- 物理学 ブリッジ回路回路について質問です。 ブリッジ回路が不平衡な場合は真ん中に電気が入り、平衡な場合は回路 2 2023/07/07 16:21
- 工学 コンデンサメインの降圧回路 6 2022/09/02 17:20
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
⊗ (○内に×)記号の意味
-
導線を流れる電流
-
等電位線の境界について
-
変位電流ってなんですか!!!...
-
トランジスタの静特性 Ic-Vce特性
-
トランジスタ:再結合電流とは?
-
蛍光灯の電源は、AC(交流)を使...
-
トランジスタのオン電流
-
片対数のグラフを使用して、逆...
-
なぜ電子は光速で動く?
-
球形の導体を地中に深く埋めた場合
-
電池をつなぐと電流が流れるの...
-
物理 負の電流 -電流 について
-
電磁気学です。 無限に長い直線...
-
乾電池のプラスマイナスを逆に...
-
断線している回路で電流が流れ...
-
開回路に流れる電流
-
平行導線間の電磁力の考え方で...
-
電流はなぜIntensity(強さ)な...
-
交流回路と変位電流 人から聞い...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
⊗ (○内に×)記号の意味
-
インダクターがエネルギーを一...
-
物理 負の電流 -電流 について
-
変位電流ってなんですか!!!...
-
断線している回路で電流が流れ...
-
蛍光灯の電源は、AC(交流)を使...
-
電気回路の問題 (節点方程式)
-
SEM観察時のカーボン蒸着について
-
電池をつなぐと電流が流れるの...
-
分流器の事がイマイチよく分か...
-
ホイートストンブリッジについ...
-
立方体の導線の電気抵抗
-
太い線と細い線の接続
-
電流はなぜIntensity(強さ)な...
-
高校物理、電磁気
-
直列回路で抵抗を通るのになぜ...
-
融点を超えた金属に電流は流れ...
-
「電流が流れる」という表記法
-
物理と見せかけて日本語の質問です
-
真空の絶縁抵抗値(Ω/m)
おすすめ情報