定電流回路(1石構成)

1. 回路の機能

負荷抵抗の値や電源電圧が変化しても負荷に対し一定の電流を流し続ける回路です。
いわゆる定電流源です。
(負荷抵抗や電源電圧の変化に対して、定電流源として動作可能な範囲があります。)
定電流源は内部インピーダンスが大きい (理想的には無限大)ので、
高抵抗の代わりに使われることもあります。




2. 回路図

下図においてZ_Lが一定電流(I_L)を流す負荷となります。




3. 回路の動作

ツェナーダイオード(ZD)と抵抗R_Bは 定電圧回路であり、電圧V_Zは一定電圧となります。
定電圧回路からみて、トランジスタのベース端子が(定電圧回路の)負荷に相当します。


能動状態のトランジスターにおいてはPN接合であるベース〜エミッタ間
の電圧(V_BE)は0.6〜0.7[V]となり電流によらず、ほぼ一定です。
そうすると、エミッタ抵抗(R_E)両端の電圧(V_E)は
V_E = V_Z - V_BE = 一定

となるのでほぼ一定となります。
従って、抵抗R_Eを流れる電流I_Eは下記となり、一定となります。
I_E = V_E / R_E = (V_Z - V_BE) / R_E = 一定

負荷を流れる電流(I_L)はトランジスタのコレクタ電流(I_C)そのものですが
もしトランジスタの電流増幅率(h_FE)が1より大きければ、I_C = I_E とみなせるので
I_L = I_C = I_E = 一定
∴ I_L = (V_Z - V_BE) / R_E

となり、負荷(Z_L)に対して一定の電流(I_L)を流すことが出来ます。

この回路はI_Lの式にV_BEが入っていますが、 V_BEは温度の影響を受け易いので
温度変化に対して安定度はよくないでしょう。
また、負荷抵抗(Z_L)が変化して大きくなると、両端の電圧(V_L)も大きくなります。
V_Lは(Vcc - V_E)より大きくなることはないので、Z_Lが一定以上
大きくなると定電流動作が出来なくなります。




4. 定電流回路のバリエーション

いずれの回路も定電流化の動作原理は同じです。


1. 負荷の片方をグランドに接続したいとき
トランジスタにPNP型を使用します。



2. 負荷の片方をグランドに接続て、NPNトランジスタで定電流を流したいとき
マイナス電源(V_EE)が必要になります。



3. 電源が安定化されているとき
電源(Vcc)が十分安定なときは、ツェナー・ダイオードを使用しなくても
抵抗分割で定電流化出来ます。



4. 定電圧な電源があるとき
電源(Vcc)自体は安定でなくても、別に安定な電源(Vs)がある場合も
抵抗分割で定電流化出来ます。






5. 参考文献

   1. 速解　電子回路(1996 初版第7刷) 7.2.4 定電流回路、宮田武雄著、コロナ社