ダーリントントランジスタの罠のはなし

ダーリントントランジスタの罠とは
　ダーリントントランジスタは大電流が流せて高電圧にも使え、外部出力にはもってこいのトランジスタで、TD62084など８個入ったICは便利で、LED駆動やリレー駆動等に多く使われています。
しかしながら、ちょっと困った特性があり、時々トラブルを起こします。
ハード的には
　右図はダーリントントランジスタユニットで28Vの電源を ON/OFFするためのNPNトランジスタを制御しようとした時の回路です。実はこの一見問題ない回路に罠が仕組まれているのです。動作させると、出力は ONしないか、10V程度の中途半端な出力しかしないのです。
この回路は MOS-FETのゲートにソースよりも高い電圧(36V)を加えることで、Vgs = +8V となってON する回路で、動作的にはソースフォロアーとして働いています。NPNトランジスタは ONすることでこのゲートの電圧を 0Vにしてドレイン電流を下げて、 Vgs = 0Vとなって電源OFFさせる働きをしています。このトランジスタが完全に OFF しないとゲート電圧が上がらずに電圧出力が出来ないわけです。
ではどうしてトランジスタが OFF しないのでしょうか？
　それはダーリントントランジスタ接続ではコレクタとエミッター間の ONしたときの電圧は、通常のトランジスタ１本の 0.3V程度でなく、0.9V〜1.5V程度にもなってしまいます。そのためこの電圧をそのままベースに加えるこの回路ではトランジスタが ONしっぱなしになったのです。

右図はダーリントントランジスタをシュミレーションするための回路ですが、コレクタ抵抗を 100Ωとして電流を流していますが、入力には 0V/+5Vのコントロールで行っています。
この回路を動作させたのが次のグラフの赤色の線です。トランジスタがONしても 0.9V程度ありますね。

これはダーリントントランジスタの２個目のトランジスタが ONするための Vbe(0.6V)が前のトランジスタのコレクタ飽和電圧(0.3V)と加わった電圧が初段のコレクタに無いと次段のトランジスタのONが確保出来ないため、この電圧になってしまうためです。
　これを防ぐにはどうしたら良いかというと、全段のトランジスタのコレクタに別電源から 0.9V以上の電圧を供給すれば良いのです。

　図は全段のコレクタを 1kΩの抵抗で別々に取った回路です。この回路の特性は前のグラフの緑色の線で示されています。
ソフト的には
　最初の回路で動作させるにはどうしたら良いでしょう？一番簡単なのはダーリントントランジスタでドライブするのでなく、CMOSなどでドライブするのが良いですね。その際、+36Vからの 10kΩは不要になります。そのままで動作させるにはトランジスタの B-Eに抵抗をつけますが、計算してみると390Ωぐらいを入れないと確実にOFF出来ないようですね。