定電流回路でのmosfetの使用に関して

LEDの駆動などに使用することを想定した
OPアンプと電流制御用トランジスタで構成されている定電流回路において、
電流制御用のトランジスタはバイポーラトランジスタが使われている回路をよく見かけます。

mosfetではなく、バイポーラトランジスタが使用される理由があれば教えて下さい。

バイポーラトランジスタの方がコレクタ、エミッタ間の電位差による損失や電圧振幅の余裕度で不利だと思いますし、定電流を供給するだけであり、微弱な信号を増幅する訳でもないのに何故バイポーラを選択するのか納得できません。


コストに関してもLEDの点灯用途であればバイポーラ、mosfetどちらも10円以下で入手でき差がないと思います。

納得出来ず気になっております。
ご助言宜しくお願い致します。

質問者からの補足コメント

• 定電流回路の使用条件ですが、
  電源電圧は5V、LED電流は100mA程度を想定しています。

    補足日時：2017/01/13 12:25

No.4 回答者： xpopo 回答日時： 2017/01/13 20:08

流す定電流の大きさ、電源電圧その他の条件で異なります。

１）電源電圧が５V以下と低い場合は断然バイポーラトランジスタが有利です。バイポーラの場合はコレクタに電流を流すためにベース－エミッタ間に必要な電圧VBEは0.7V程度と小さいですがMOSFETの場合vbeに相当するゲートターンON閾値が大きい、例えば２．７v、品種によっては５v近いものもあります。電流検出の抵抗に発生する検出電圧にこの電圧を加えた電圧以上の電圧がopアンプの出力に必要になります。この電圧が電源電圧に近くなったら回路自体が成り立たなくなります。

２）低い電流を定電流化する場合、MOSFETを使う場合は発振しやすい。これはMOSFETの大きなゲート容量によるものです。この発振を抑えるには追加でCRが必要になりますし、設計も難しくなります。バイポーラの場合はこういう発振という問題はほとんど発生しません。したがってバイポーラの方が設計しやすいということになります。

３）sawa0139さんが言っている「バイポーラトランジスタの方がコレクタ、エミッタ間の電位差による損失や電圧振幅の余裕度で不利だと思います」はそうなりません。
　バイポーラの場合のコレクタ－エミッタ間電位差はMOSFETでも同様にドレインーソース間電位差で同じ損失になります（電源電圧、定電流値、電流検出抵抗値が同じ場合）。また電圧振幅の余裕度でも同じです。ただ、バイポーラの場合にダーリントン接続を使う場合のみバイポーラの方が不利になります。

No.3 回答者： isoworld 回答日時： 2017/01/13 20:06

いちばんシンプルな定電流回路（厳密な定電流ではなくなるが）は、トランジスタ（バイポーラトランジスタ）を使えばできるからです。

トランジスタはベース・エミッタ間の電圧がほぼ一定の0.7Ｖ前後ですから、この特性を利用すれば簡単にほぼ定電流回路が組めます。

たとえばNPNトランジスタの場合、ベースに1.2Ｖをかけ、エミッタ抵抗を5Ωとすると、エミッタ電圧は　1.2Ｖ－0.7V＝0.5V　ですから、エミッタ抵抗に流れる電流は0.5V÷５Ω＝0.1Aとなり、これがほぼコレクタに流れ込む電流になります。ですから、コレクタにLEDを付ければ、そこには100mAの電流が流れます。電源電圧は5Vでも9Ｖでも変わりません（消費電力つまり発熱には注意）。

No.2 回答者： e_clapton 回答日時： 2017/01/13 17:53

たとえば100mA±10%とか、決まった値の電流しか流さないなら、MOSでもOKです。

が、定電流といえども、100uA～100mAのように、広いスケールの電流値を抵抗一本の変更で設定しようとしたら、MOSでは難しいですね。
BipはMOSに比べ、線形領域が広いという特徴があります。

コストの件は、No,1さんもおっしゃっているとおり、同一電力で同一価格はありえないので、線形領域が取れて安いなら、誰しもBipを選びますね。

No.1 回答者： bogen555 回答日時： 2017/01/13 10:26

10円以下のMOSFETって使ったことがないんですが，どんなやつでしょう？

MOSFETの最近の事情はご存じでしょうか？
最近のMOSFETは，スイッチング用途に特化しており，チップサイズを縮小してコストダウンを図っています．
そのため，定電流回路のようなリニア用途ではほとんど使えないことになります．
それはデータシートのSOA（安全動作領域）を見るとすぐわかります．
中高圧用途では，旧設計（つまりチップサイズの大きい）のMOSFETはSOAが広くて使えますが，10円以下では入手不可能です．
旧設計のMOSFETはここから入手できます．
http://ixapps.ixys.com/family.aspx?i=2
同一定格のバイポーラ・トランジスタとSOAを比較すれば，どちらが使えるか一目瞭然です．

それを踏まえて回答すると；
定電流回路にバイポーラ・トランジスタを使用する理由は，
１．Webとか電子工作系の本や雑誌に載っていたから考えずにコピーした．
２．一応設計したが，SOAを満足する安価な素子は，バイポーラ・トランジスタしかなかった．
３．一般用の定電流回路が必要だったので，出力静電容量の小さなバイポーラ・トランジスタを使わざるを得なかった．
とゆうことでしょうか？
３番は，LED駆動用では問題になりませんが，一般的な定電流回路だと問題になります．
例えば，MOSFETを使用して出力容量が1000pFだと，100kHzのインピーダンスは1.6kΩと定電流回路とは言いがたい値になります．

気になった点はMOSFETを小文字の'mosfet'と表記していることで，ドシロートだとすぐわかります．
そうすると，暇な人が暇つぶしにからかってやろうとわけわかめな回答を寄せたりすることがあります．
できるだけ正しい表記にした方が良いです．
ちなみに正しく表記すると「パワーMOSFET」です．