トランジスターで１２０ｍA定電流回路作る方法

質問

真空管アンプに最近頻繁に使われる差動増幅の定電流回路があり、自分もトライ使用と思い
質問するものです。ご指導お願いします。
＜使用部品＞
１）トランジスター（TR)　　２SC5100（サンケン電気）を使用したいです！
２）定電流ダイオード（CRD)　　：（　　　　　）ｍA　品を使用すべき？
３）ツェナーダイオード（ZD)　　：（　　　　　）V　　品を使用すべき？
４）エミッタ抵抗（Re)　　　　　：（　　　　　）Ω　　品を使用すべき？
５）温度補償のシリコンダイオードをツェナーダイオードの前に組み込むべきか？

　＊因みVCC電圧は７２V～８２V前後となります。
　＊２SC５１００は　VCEO/VBEO共に１００V超えです。
　＊２SC５１００は　hfe : 50 min～320以下です。
　＊TRは放熱板に取り付けて使用します。
　回路構成は、添付の画像を参照して下さればと思います。

　最後に　結構慌てていますので　回答が早ければ大変助かります。
　宜しくお願い申し上げます。

回答No.1

kimamaoyaji · ベストアンサー

この回路では安定した定電流は無理です、温度でかなりばらつきが起こります。
これと似たような回路でTL431と言う電圧制御用のICを使いこの回路で言うツェナーダイオードの代わりにTL431を入れてTL431のコントロール信号をこの回路のトランジスタのエミッタに繋ぎます、出力はアース記号となります、基本的に定電流回路はアースは必要なく負荷が擬似アースとなり、エミッター抵抗の電圧を制御することで電流値を決められます、TL431は1.25Vの基準電圧で比較するのでエミッター抵抗を2.5Vで120ｍAとなるような値にすれば調整は不要です、つまり１Ωで2.5A、20Ωで0.125A＝125ｍA
http://www.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/tl431.pdf
この参考資料の図28の回路となります、貴方の回路の定電流ダイオードのほうがより安定します。

お礼

此の度は、回答有難う御座いました。TL431をためしてみます。但し、雑音が若干出やすいとの”指摘”も有る様ですが　やってみて　確認するも大切な事と思います。

回答No.2

bogen55

82V・120mAとゆう条件でトランジスタのデータシートを見ます．
http://akizukidenshi.com/download/ds/sanken/2sc5100.pdf
そうすると120mAの時，hFEは35くらいかな？(IC=3Aで50のとき）
なお，hfeはデータシートには載ってません．
ベース電流はIB=IC/hFE=120mA/35=3.43mA以上必要．
ツェナーダイオードは，7.5V位がキレがよい（インピーダンスが低い）ので，コレを使う．
GDZJ7.5Cはツェナー電圧Vz=7.5Vnom(7.29Vmin,7.67Vmax)である．
http://akizukidenshi.com/download/ds/panjit/GDZJseries.pdf
流す電流は，データシートから5mAが望ましいが，キレがよいから，1mA以上とします．
定電流ダイオードは，3.43mA+1mA=4.43mA以上（@82V-Vz≒75V)流せる物を選びます．
http://akizukidenshi.com/download/E-562.pdf
データシートから最高使用電圧100VであるE562の特性をみると，75Vでは3mA程度しか流れません．
温度係数が-0.25～-0.53％/℃，-0.53％/℃とすると，温度が50℃上がると3mA(1-0.0053×50)=2.20mAです．
よって，定電流ダイオードはE562を2本並列に使用します．
（公称電流が5.6mAを超えると，最高使用電圧が30Vになるから，この条件では使用不可）
エミッタ抵抗はオームの法則から簡単に求められます．
ここを見ると，オームの法則は中学2年で学ぶから，近所の中学生に教えて戴いたら動でしょうか？
http://www.all5.jp/subject/147.html
そのとき，Vz=7.V，VBE=0.6Vとすればよいでしょう．
このくらいは自分で計算しないと，あとで困ります．

温度係数を問題にするときは，ANo.1のTL431を使うと良いでしょう．
TL431には1mA以上流す必要があるから，上記のE562を2本並列に使用すれば良いでしょう．
TL431の欠点は，ツェナーダイオードに比べてノイズが大きいことで，作り比べてみると良いでしょう．

放熱板は，TL431の使用も考えて損失Pcを求めると，Pc=80V×0.12A=9.6Wから，周囲温度を60℃，ジャンクション温度を125℃とすれば，熱抵抗θは
θ=(125-60)/9.6=6.77[℃/W]
ジャンクション-ケース間の熱抵抗θjcは，データシートから
θjc=(150-25)/75=1.67[℃/W]
放熱板へはシリコングリスを塗布してしっかりネジ止め（締め付けトルクは3kgf・cm以上）するとすれば，
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gT-04721/
ケース-放熱板間の熱抵抗はθjc=0.3[℃/W]以下にできる．
従って放熱板の熱抵抗θhaは
θha=6.77-1.67-.3=4.8[℃/W]
となります．
ここら辺から適当な物を選ぶと良いでしょう．
http://www.mizuden.co.jp/pdf/EFG.pdf
熱設計は空気の流れとか色々検討する必要があって難しいから，失敗したら作り直す位の気楽な気持ちで取り組むと良いでしょう．
その気楽さがアマチュアの特権です．