トランジスタを使用した定電流回路の負荷抵抗の上限

質問

電気技術者ですが電子回路関係は詳しくありません。下記の質問に対する mink6137 さんの No. 2 の回答に対する質問です。

https://okwave.jp/qa/q9823055.html?f=category

回答の中で最後に

「 この電流値は抵抗RLの大きさには無関係で、ベース電圧とエミッタ抵抗だけで決めることができます。 」

とありますが、RL = 100 MΩ 等のとてつもなく大きな値だったらオームの法則から、Ic は 0.14μA 以上は流れようがないと思いますので、RL の大きさには自ずと上限があると思うのですが、その上限はトランジスタの定数なども使用した上でどのように求められるのか、知っている方がいたらご教示ください。

また、電子工学科を卒業した友人に定電流回路として " Current miler " という有名な回路があると聞いたことがありますが、その場合の負荷抵抗の上限値も同じ考えでよいのでしょうか。

勿論、mink6137 さんご本人の回答でも OK です。
宜しくお願いします。

回答No.4

2SB110 · ベストアンサー

再度 2SB110 です。

トランジスタのコレクタ～エミッタ間電圧が0.1Vでは十分な電流を流せない、という事実を「飽和」と呼んでいます。では、どこまでなら流せるのかというギリギリの条件はと言うと、現象はアナログなので、この電圧以下だと流せなくて、以上なら流せる、といったデジタルな現象ではありません。

コレクタ～エミッタ間電圧が下がってくると、実質的に電流ゲイン(fHE)が徐々に下がって来て、電流がだんだん流せなくなっていきます。0.7mAは流せないけど0.6mAなら流せる・・・といったぐあいです。これは他の条件（温度とか）でも大きく変わるのでやはり「一定の固定値」ではないのです。

トランジスタをスイッチとして使う時には、「コレクタ～エミッタ飽和電圧」は大事なパラメータですので、データシートには代表値が載っていると思います。VCE(sat) などという名前で載っていることが多いです。

お礼

ありがとうございました。コレクタ-エミッタ飽和電圧
VCE(sat) というのがあるのですね。

回答No.3

mink6137

こんばんは。
もう少し詳しく説明します。

他の回答者様が説明して下さったように、アナログ回路ではトランジスタの能動領域で動作させる…が大前提です。
従って、提示回路のRLを10MΩなどにすると能動領域を外れるので0.7mAの定電流回路としては動作しません。
その理由は10MΩに0.7mAの定電流を流す目的なら電源電圧15vの設定が「不適切」だからです。
大雑把に計算すると、
10MΩ×0.7mA＝7000ｖ以上の電源電圧を与えれば能動領域を外れないので
定電流回路として望みどおり動作します…。
（しかし、こんな高電圧の直流電源を使うことは現実的に有り得ないことですよね！）

蛇足ですが、質問中の
Current milerはCurrent mirror（カレントミラー）が正しいです。

お礼

ご回答感謝します。ただ、私の求める所を正しく汲取っていただけなかったので、回答が私の求める所とピントがずれてしまったのが残念です。

回答No.2

2SB110

「電流値は抵抗RLの大きさには無関係で・・・」の回答は、ある大前提のもとに正しいです。大前提というのは、トランジスタが飽和していないこと、という条件です。

たとえば、RL=0のとき、IC=0.7mAだったとして、RLを10kΩに変えると、ICはほとんど変わらず、コレクタ電圧が下がるだけです。このときのコレクタ電圧は15V - 10kΩ × 0.7mA = ８V　であり、エミッタ電圧は3Vでしたから、トランジスタのコレクタ～エミッタ間電圧は5Vあります。これだけあればトランジスタは正常に動作します。

ここで、RL=17kΩのときを見てみます。同様の計算をすると、コレクタ電圧は3.1Vとなり、コレクタ～エミッタ間電圧は0.1Vになります。トランジスタには0.1Vしか加わっていないので、こうなると0.7mA流す能力が怪しくなってきます。そして、もう少しRLが大きくなるとついにトランジスタに十分なコレクタ～エミッタ間電圧が与えられなくなるので、回路の動作自体が成り立たなくなります。つまり,RL=約17kΩがRLの上限値となります。

なお、この計算はかなりの概算です。トランジスタの性能にも拠ります。コレクタ～エミッタ間電圧が0.01Vもあれば十分正常動作するトランジスタもあるし、2Vくらいで使えなくなるトランジスタもあります。

しかし、このような「条件不明な状態でも概算を計算する」ことは大変重要なことです。最初の問題はその意味で良い問題です。

補足

「 コレクタ～エミッタ間電圧は 0.1V になります。トランジスタには 0.1V しか加わっていないので、こうなると0.7mA 流す能力が怪しくなってきます。 」というコレクタ～エミッタ間電圧の許容最小値の部分はトランジスターの特性を表すいろいろな定数から決まるのですか。実はそこのところが知りたかったです。でも、回答としては私の求めるところに最も適合して回答いただいています。

回答No.1

aokii

RL = 100 MΩ 等のとてつもなく大きな値だったらオームの法則から、Ic は 0.14μA 以上は流れようがないです。RL(負荷抵抗)の大きさには上限がありません。
定電流回路として " Current miler " という回路の場合の負荷抵抗の上限値も同じ考えでいいです。

お礼

ご回答感謝します。ただ、私の求める所を正しく汲取っていただけなかったので、回答が私の求める所とピントがずれてしまったのが残念です。