アナログ回路を扱ったことのある私たちの多くは、回路設計で電圧源と電流源という用語に出くわすことがよくあります。単純な5VUSB出力や12Vアダプターのように定電圧を提供するものはすべて電圧源と見なすことができますが、電流源という用語は常に謎のままです。また、多くの回路、特にオペアンプまたはスイッチング回路を含む回路では、設計を機能させるために定電流源を使用する必要があります。では、電流源とはどういう意味ですか？それはどのように機能し、なぜそれが必要なのですか？
このチュートリアルでは、これらの質問に対する答えを見つけ、トランジスタを使用して単純な定電流源回路を構築してテストします。このチュートリアルで使用する回路は、100mAの定電流を負荷に供給することができますが、設計要件に従ってポテンショメータを使用して変更できます。面白いですね！それでは始めましょう。
定電流（CC）ソースとは何ですか？
通常、電源ユニットが負荷を駆動する場合、2つの可能な動作モードがあります。1つは定電圧（CV）モードの動作で、もう1つは定電流（CC） モードの動作です。
CVモードでは、電源は出力電圧を一定にし、負荷抵抗の必要に応じて出力電流を変更します。最良の例は5VUSBポートで、出力電圧は5Vに固定されていますが、負荷に基づいて電流が変化します。小さなLEDを接続すると、消費電流が少なくなり、大きなLEDを接続すると、消費電流が増加しますが、LEDの両端の電圧は常に5Vになります。
CCモードでは、理想的な電流源電源が出力電流を一定にし、負荷抵抗の必要に応じて出力電圧を変化させます。この例としては、CCモードの12Vバッテリー充電器があります。この充電器では、充電電流は電圧によって固定され、変化します。バッテリーを1A12V充電器に接続すると、バッテリーが10.5Vの場合、充電器からの出力電流は常に1Aになりますが、この1Aの充電電流を維持するために出力電圧が変化します。したがって、これは定電流回路が必要な場所です。他の例としては、LEDを流れる電流が一定でなければならない定電流LEDドライバ回路があります。
トランジスタを使用したシンプルな100mA定電流源
このプロジェクトでは、4つのコンポーネントのみを使用して単純なトランジスタ定電流源ジェネレータを構築します。これは、5V電源を使用して100mAの定電流源を提供できる非常に安価な回路です。また、1〜100mAの範囲で電流出力を制御するポテンショメータも備えています。負荷抵抗が変化しても定常電流を供給します。これは、回路が変動のない安定した電流供給を必要とする場合に使用すると便利です。以前は、ハウランド電流ポンプ回路と呼ばれる他のタイプの電流源回路も構築しました。電流ミラー回路も、興味があればそれらを見ることができます。それでは、このプロジェクトに必要な資料を見てみましょう。
必要な材料：
- TL431
- BC547
- 2k抵抗1％
- 10k可変抵抗器
- 22R 1％抵抗
- 5VDCアダプターまたはPSUユニット。
- 必要に応じて異なる種類の負荷抵抗。
- ブレッドボードとフックアップワイヤー
- テスト用のマルチメータ。
上記のBOMで述べたように、回路はTL431とBC547の2つのアクティブコンポーネントのみで構成されています。TL431は、2.5Vの電圧リファレンスを使用するシャントレギュレータです。シャント関連の動作で1〜100mAのカソード電流をサポートします。このコンポーネントのパッケージは、一般的なスルーホールトランジスタと同じです。他のコンポーネントは受動部品です。正確な出力を得るには、抵抗器の許容誤差が1％である必要があります。
定電流源回路図：
トランジスタプロジェクトを使用した定電流源の回路図を以下に示します。
上記の回路は完全に5Vlinに接続されています。出力負荷は、出力とGND接続の間に接続する必要があります。上記の回路図では、BC547はパストランジスタとして機能しています。