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抵抗内蔵トランジスター(BRT)のベースに印加できる最大電圧は何Vですか? (内蔵されている抵抗の許容損失は何Wですか?)

図-1 BRT基本回路
図-1 BRT基本回路

一般的な使い方 (入力電圧 VI < 10V) では考える必要のないことですが、入力電圧が高い時には注意が必要です。
入力電圧 VIの最大値は主に以下の要因で決まります。
    ①    ベースシリーズ抵抗 R1 の抵抗値 ( R1で消費される損失 )
    ②    コレクター電流 IC の最大電流値
BRTの使用条件(hFEなど)によって変わってきますが、R1の抵抗値が低いときはコレクター電流、高いときはR1の抵抗値により決まります。

① ベースシリーズ抵抗 R1と入力電圧VIの関係

BRTの内蔵抵抗の許容損失は1/8 Wです。内蔵トランジスターのオン時のベース・エミッター間電圧をVbe とすると、R1に流れる電流 IB は以下の式で表されます。尚、簡単のため、 Vbe = 0.7V として扱います。

 IB = ( VI – Vbe ) / R1 =  ( VI – 0.7 ) / R1
この電流によるR1の損失が1/8 W を超えてはいけないので、
    1/8 W > R1 * { ( VI – 0.7 ) / R1 }^2
              > ( VI – 0.7 ) ^2 / R1
    VI < √( R1 / 8 ) + 0.7

② コレクター電流の最大電流値 IC (max)と入力電圧VIの関係

コレクター電流の最大値 IC (max)は、絶対最大定格に規定しています。この値は一瞬たりとも超えることができません。
BRTは飽和領域で動作します。このためhFEは10~20となります。先ほど求めたIBからR2を通る電流IR2を引いた電流が内蔵トランジスターのベース b を通る電流 Ib となります。
    Ib = IB – IR2 = ( VI – Vbe ) / R1 – Vbe / R2 = ( VI – 0.7 ) / R1 – 0.7 / R2
このhFE倍の電流がコレクター電流 IC ですから、以下の式が成り立つ必要があります。
    IC (max) > IC = hFE * IB = hFE * {( VI – 0.7 ) / R1 – 0.7 / R2 }
    VI < R1 * I(max) / hFE +( R1 + R2 ) * 0.7 / R2

上記2つの要因に基づいて計算したVIに対し、小さい方のVIが求める値となります。
①    ベースシリーズ抵抗 R1 の抵抗値
    VI < √( R1 / 8 ) + 0.7
②    コレクター電流の最大電流値 IC (max)
    VI < R1 * I(max) / hFE +( R1 + R2 ) * 0.7 / R2
図-2/3に各抵抗値での入力電圧とコレクター電流の関係を表すグラフを示します。
BRTのhFE ( IC / IB )によって入力電圧の最大値と制限要因は変わってきますが、以下のことがわかります。

  • 内蔵抵抗 R1の値が小さいとき → 絶対最大定格に記載のコレクター電流ICの上限値で入力電圧の最大値が決まる
  • 内蔵抵抗 R1の値が大きいとき → R1の許容損失により入力電圧の最大値が決まる
図-2 入力電圧とコレクター電流の関係 hFE=10 ご参考値
図-2 入力電圧とコレクター電流の関係 hFE=10 ご参考値
図-3 入力電圧とコレクター電流の関係 hFE=20 ご参考値
図-3 入力電圧とコレクター電流の関係 hFE=20 ご参考値
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