ADALM2000による実習：定電流源

今回のテーマは定電流源です。バイポーラ・トランジスタ（BJT）を使用して構成した定電流源と、NMOSトランジスタを使用して構成した定電流源の動作を実際に確認してみます。

バイポーラ・トランジスタで構成した定電流源

まずはバイポーラ・トランジスタを使って構成した定電流源から始めましょう。

目的

今回の実習の目的は、ゼロゲイン・アンプの使い方を理解することです。その一例として定電流源回路を取り上げます。この種の回路は、入力電流の変動に対して安定した（変動に対する感度が低い）出力電流を得るために使用されます。

準備するもの

アクティブ・ラーニング・モジュール「ADALM2000」
ソルダーレス・ブレッドボード
抵抗：2.2kΩ またはそれに値が近いもの（1 個）
抵抗：100Ω（1 個）
抵抗：4.7kΩ（1 個）
小信号 NPN トランジスタ：「2N3904」または「SSM2212」（2 個）

説明

図1に、定電流源回路の例を示しました。ご覧のように、バイポーラ・トランジスタを使って構成しています。

ハードウェアの設定

抵抗R1の一端には、任意波形ジェネレータ（AWG）の出力（W1）を接続しています。R1と抵抗R2、トランジスタQ1の接続は、2020年11月の記事「ADALM2000による実習：バイポーラ・トランジスタで構成したゼロゲイン・アンプ」の図1と同様です。トランジスタQ2のベース‐エミッタ間電圧V_BEは、常にQ1のV_BEより小さくなります。可能であれば、（同じコレクタ電流で）Q2のV_BEがQ1のV_BEより小さくなるように手持ちのデバイスの中からQ1とQ2を選択してください。Q2のベースは、ゼロゲイン・アンプの出力であるQ1のコレクタに接続します。また、電源VpとQ2のコレクタの間には抵抗R3を接続しています。この抵抗の値とオシロスコープの入力（2+）で測定した電圧値を基に、コレクタ電流の値を算出します。図2に、図1の回路を実装したブレッドボードを示しました。

手順

定電流源は、ゼロゲイン・アンプを使用することで構成できます。Q1のコレクタに現れる電圧は、入力電圧（W1）の変化に対して安定しています。そのため、これをQ2のベース電圧として使用すれば、Q2によって、安定化された電流を生成することができます。

AWGは、ピークtoピークの振幅が3V、オフセットが1.5V、周波数が1kHzの三角波を生成するように設定します。そして、オシロスコープのチャンネル2（2+）を使用し、Q2のコレクタ電流を計測します。その結果、安定化された出力電流が得られていることを確認できるはずです。

オシロスコープは、測定した2つの信号の数周期分が表示されるように設定します。XY機能を忘れずにオンにしてください。

オシロスコープによる波形の表示には、ソフトウェア・パッケージ「Scopy」を使用します。図3、図4に、取得した波形の例を示しました。

NMOSトランジスタで構成した定電流源

続いて、NMOSトランジスタを使って構成した定電流源の動作を確認します。

準備するもの

ADALM2000
ソルダーレス・ブレッドボード
抵抗：2.2kΩ またはそれに近い値のもの（1 個）
抵抗：168Ω（1 個。100Ω の抵抗と 68Ω の抵抗を直列に接続して使用）
抵抗：4.7kΩ（1 個）
小信号 NMOS トランジスタ：「CD4007」または「ZVN2110A」（2 個）

説明

NMOSトランジスタを使って構成した定電流源回路を図5に示しました。

ハードウェアの設定

R1の一端にはW1を接続しています。R1とR2、トランジスタM1は、2020年12月の記事「ADALM2000による実習：MOSトランジスタで構成したゼロゲイン・アンプ」の図1と同様に接続します。トランジスタM2のゲート‐ソース間電圧V_GSは、常にM1のV_GSよりも小さくなります。可能であれば、（同じドレイン電流で）M2のV_GSがM1のV_GSよりも小さくなるように手持ちのデバイスの中からM1とM2を選択してください。M2のゲートは、ゼロゲイン・アンプの出力であるM1のドレインに接続します。また、電源VpとM2のドレインの間には抵抗R3を接続しています。このR3の値とオシロスコープの入力（2+）で取得した電圧値を使用して、ドレイン電流を算出します。図5の回路を実装したブレッドボードを図6に示しました。