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カレントミラー回路についての質問です！
抵抗が変化する負荷L4に一定電流を流すために、画像に乗っている回路を作成しました。 Vs=±１５V,Vcc=30V,80V ... 入力は５V程度で負荷L4に１０ｍAくらいを流したいですが、 試したところL4は１００Ωや1.5ｋΩなどの時がうまく動作していますが、 L4を大きくすると（15k,33k,44k）だと、出力電流はうまくミラーされなく、 １～２ｍA程度で頭打ちです。 電子回路のど初心者ので、原因わかる方がいれば是非教えていただきたいです。
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2SK2331の耐圧も60Vなので変更が必要です。 http://www.oyajin.jp/~toko/datasheet/2SK2231.pdf トランジスタは定格以内で使用しますが耐圧を超えると二次降伏を起こし電流を制御できず貫通させてしまいます。その際、電圧を下げると回復する場合と恒久的に壊れて貫通してしまう（あるいはツェナーダイオードのように極端に耐圧が低くなる）場合があります。いずれにせよ耐圧を超えて使用されたトランジスタは信頼できませんので交換です。ご質問の回路の場合、降伏を起こすとすべてのトランジスタがONとなり回路電流は電源電圧にほぼ比例してしまったでしょう。 回路設計では最初に要求仕様が明確になる必要があります。仮に44kΩに10mAを流せることであると仮定すると出力電圧440Vが必要で、500V耐圧のトランジスタが必要になります。また電源電圧を450Vなどに固定すると負荷抵抗が低い場合にトランジスタで余分な電圧を熱に変えなければならずその発熱は4.5Wで放熱器が必要です。 余談ですが2SJ377で放熱器無しで4.5W発熱させるとチャネル外気間熱抵抗125℃/Wより接合部温度は562℃となりチャネル温度の最大定格150℃を超えてしまいます。おそらくプラスチックパッケージが激しく破裂することになるでしょう。破片が目に入って大怪我をしないよう注意が必要です。一方、チャネルケース間熱抵抗は6.25℃/Wとありますから、なんらかの放熱器をケースに取り付けてケース温度を100℃以下とすれば、接合部の温度は128℃に収まることになります。しかしこんなパッケージでは素人細工で放熱器をつけることは難しいでしょう。 で、そのまま交換できるFETですが-200Vがせいぜいで-500V以上と言うのは秋月とRSコンポーネンツでは見つかりませんでした。私だったらカレントミラーなどと難しいことをせずに http://akizukidenshi.com/download/ds/nec/2sk2372.pdf 秋月にあったこんなFETで下図の回路を試すと思います。やったことがないので私ならこれを試すということです。
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youshikeyiwenwoqq453513171
質問者さんのカレントミラー回路の動作から説明した方が良いでしょう。オペアンプ、2SK2231、R3（470Ω）の部分はカレント回路で、R1、R2（4.7kΩ）と左右の2SJ377がミラー回路です。 カレント回路は負荷の変化に対して(動作レンジの範囲で)電流を一定にします。具体的にはオペアンプによってINPUT電圧とR3の電圧が一定となるようFETがコントロールされます。R3の両端電圧が一定であることはオームの法則より電流が一定であることを意味しますが、VCCからR1、左の2SJ377、2SK2231、R3、GNDの流れには電流の横漏れがありませんからこの回路を流れる電流はINPUTに制御された定電流となります。典型的な定電流回路ですから検索すると無数に出てくるでしょう。私が書いた回路と同じです。 残りの部分がミラー回路で左を流れる電流を右にコピーします。
お礼
返事遅れて大変申し訳ございませんでした。 丁寧のご説明ありがとうございました。
わすれもの スーパーカーの写真を撮るのに気を取られて書き忘れましたが下の写真の場合も放熱器が必要です。当該トランジスタの熱抵抗ですが160Wで(150-25)℃ですからジャンクションケース間の熱抵抗は0.79℃/W。4.5Wで最高室温50℃とするとジャンクション温度の限界150℃まで100℃の余裕があるのでジャンクション大気間の熱抵抗は22℃/Wであればよく、 http://jp.rs-online.com/web/p/heat-sinks/4900027/?origin=PSF_118024|cav 15.6℃/Wの小さな放熱器で十分だということがわかります。半導体は20℃温度を下げる毎に故障率が半分になるので大きいことは無駄ではありません。 トランジスタの金属部分はドレンですからアースに落とすことは出来ず一般にはマイカ(雲母)板で放熱器とトランジスタを絶縁しますが、いっそ放熱器とトランジスタは導通させて放熱器をケースから絶縁するというのも手ではあります。いずれにせよ感電と短絡(による溶融金属の飛散)は重症事故の原因になるので気をつけてください。
おまけ 最大定格でドレン-ソース電圧は60VだそうですからVcc80Vで使うことは出来ません。トランジスタOFF時にVcc全電圧がかかってしまいます。 http://www8.plala.or.jp/syuchyo/siryou/hfDATA/2SJ377_datasheet.pdf
お礼
早速のご回答ありがとうございます。 確かに、電圧が足りないのは計算で出ました。そこでDCDCコンバーターでVccを５００V まで増加させてやって見ましたが変な結果でした。最大定格ドレン-ソース電圧の存在は知りませんでした。ありがとうございます。 カレントミラーの２SJ377を置き換えればいいでしょか？どんなFETを選択すればいいですか？ また、２SK2231を置き換える必要はありますか？ ド素人ですみませんですが、宜しくお願い致します。
15kΩに10mAを流すにはオームの法則より150Vの電源が必要ですからVccの限界です。
お礼
丁寧に回答していただきありがとうございました。すごい詳しい知識を持っていますね。 放熱についてもそんなに大事だとは一切考えていませんでした。 説明不足と思いますが、広い範囲で変化する負荷に一定電流を流したいため、上の回路を使用しました。 考えて頂いた回路だとその要求に満たさないと思いますが、私は間違いのでしょうか？