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2013年12月 7日 (土)

トランジスタの Vbeのはなし

トランジスタの Vbeのはなしとは
Diodeトランジスタ( FET でないバイポーラトランジスタをさす)には、ベースとエミッタはPN接合されていることから、ダイオードのように順方向には電流が流れ、逆方向には流れない性質があります。このことは回路記号を見ても明白なので、PNPトランジスター( 2SA/2SB)はエミッターからベースに電流が流れ、NPNトランジスター(2SC/2SD)はベースからエミッターに電流が流れます。

このダイオードと同じような性質から、ダイオードで言う順方向電圧( Vf)はトランジスターには Vbeとして規定されていて、ダイオードと同じようにシリコンでは約0.7V程度の電圧があります。右図はダイオードのVfと温度のグラフですが、温度が高くなると Vf は小さくなり、温度が下がると大きくなります。それで、通常の温度ではベースエミッターに 0.8Vぐらいをかけていて動作していたのが、温度が下がって Vbe が 0.9Vぐらいになるとトランジスタが ONしないなどのトラブルが出てくるのです。
逆に高温になって電流が増えすぎることもあります。
Vbe それを避けるのはどうするか?
例を挙げると、右図は古い無線機のオーディオ出力部ですが、スピーカーを駆動するために2SD/2SBの特性の揃ったコンプリメンタリートランジスタでプッシュプル駆動をしています。 2SD90と 2SB473で2つのベースの間に 1S1555 と 82Ωがあるのが判るかと思います。ここにはVcc側から 220Ωと470Ωで+電圧を駆けられ、2SC734で2つのトランジスタのベースを同時にGND側に駆動します。
 2つのトランジスタはエミッターフォロアーとして電流を増やしているだけなのですが、このダイオードと82Ωで電位差を発生させて2つのトランジスタのベース電圧(約1.4V)を作っています。
 温度が上がってトランジスタのVbeが下がって来た場合にここの部分にダイオードが無く、固定電圧だった場合には各トランジスターのベースにVbeより高い電圧がかかるので、コレクタ電流が増え熱損失が増します。そしてさらに温度が上がりその結果また Vbeが下がるという悪循環になって、ついには熱暴走してしまいます。(実際には0.47Ωのエミッター抵抗で保護されます)
 そこでダイオードがある場合、トランジスターと同じように Vf が下がりますので温度による Vbeの変化を補償することが出来るのです。
 トランジスター2つで Vbe ≒ 0.7V のとき約 1.4Vなのでダイオードも2本入れれば良いのですが、大出力のトランジスターのベースに流す電流に比べて、バイアス補正用のこのようなダイオードには普通数mAしか流さないので、流す電流の違いから Vf もトランジスターと違ってきます。ですから比較的小出力の回路ではダイオード1本と抵抗で済ませる場合が多い様です。
 出力トランジスターをダーリントン接続しているような大出力のアンプではNPN側に2石、PNP側に2石使いますので、補償ダイオードを4個入れている回路がスタンダードです。
 就職して仕事についてしばらくした頃、有名メーカーのオーディオアンプの回路図を手に入れて、まねして100Wのアンプを作ったのですが、その回路に使っていた補償ダイオードの型番が判らず何のためかも不明だったので、手持ちのダイオードでおそるおそる実験しました、このバイアス調整用に半固定抵抗があったので、コレクタ電流を計りながらバイアスを変えましたが、測定器で歪みを減らす様、どんどん電流を増やしていったら放熱板が触れないくらい熱くなってあわてて減らした覚えがあります。

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