2019年8月11日スポンサーリンクNPNトランジスタとPNPトランジスタの2つを使用したラッチ回路に関して、抵抗値の設計方法について説明します。その後、LTspiceを用いたシミュレーションでラッチ回路の動作確認をします。上図にラッチ回路を示します。ラッチ回路はノードBに電圧が印可される等によってNPNトランジスタ\(Q_1\)のベースに電流が流れると、NPNトランジスタ\(Q_1\)とPNPトランジスタ\(Q_2\)がオン状態を維持する回路です。ラッチ回路への供給電圧\(V_{IN}\)を遮断し、PNPトランジスタ\(Q_2\)のエミッタに電流を流さなくすると、オン状態が解除(ラッチ解除)されます。抵抗\(R_{E}\)の抵抗値が大きく、抵抗\(R_{BE}\)の抵抗値が小さい場合、供給電圧\(V_{IN}\)が少し下がるだけで、ラッチ解除してしまう場合があります。今回は、ラッチが解除される電圧\(V_{IN(RE)}\)、抵抗\(R_{E}\)、抵抗\(R_{BE}\)の関係式を導出し、各抵抗の抵抗値を設計する方法を説明します。ラッチ回路の動作等については以下の記事に記載しています。抵抗\(R_{E}\)に流れる電流を\(I_{IN}\)、各トランジスタのベースに流れる電流を\(I_{B}\)、抵抗\(R_{BE}\)に流れる電流を\(I_{RBE}\)とすると、キルヒホッフの法則より以下の式が成り立ちます。\begin{eqnarray}I_{IN}=2I_{B}+2I_{RBE}\tag{1}\end{eqnarray}ここで電流\(I_{IN}\)及び電流\(I_{RBE}\)はオームの法則より以下の式が成り立ちます。\frac{V_{IN}-V_A}{R_E}\tag{2}\\I_{RBE}&=&\frac{V_{BE}}{R_{BE}}\tag{3}\end{eqnarray}(2)式と(3)式を(1)式に代入すると以下の式となります。\begin{eqnarray}\frac{V_{IN}-V_A}{R_E}=2I_{B}+2\frac{V_{BE}}{R_{BE}}\tag{4}\end{eqnarray}供給電圧\(V_{IN}\)が低下し、ベース電流\(I_{B}\)が0Aになる時、ラッチが解除されます。この時の供給電圧を\(V_{IN(RE)}\)とすると、以下の式が成り立ちます。\begin{eqnarray}\frac{V_{IN(RE)}-V_A}{R_E}=0+2\frac{V_{BE}}{R_{BE}}\\{\Leftrightarrow}{R_E}=(V_{IN(RE)}-V_A)×\frac{R_{BE}}{2V_{BE}}\tag{5}\end{eqnarray}ラッチ回路の『抵抗値』の設計値導出ラッチ回路は以下のように設計を行います。ラッチが解除される電圧\(V_{IN(RE)}\)を設定する今回は一例として8Vとしました。電圧\(V_{A}\)を1Vと仮定する電圧\(V_{A}\)はラッチ回路動作時はトランジスタ\(Q_1\)のベースエミッタ間電圧\(V_{BE}\)とトランジスタ\(Q_2\)のコレクタエミッタ間電圧\(V_{CE}\)の和となります。ベースエミッタ間電圧\(V_{BE}\)は約0.6Vであり、コレクタエミッタ間電圧\(V_{CE}\)は約0.3Vなので、\(V_{A}\)を1Vとしました。抵抗\(R_{BE}\)は1~10kΩとするネットや参考書等でラッチ回路を見ると、ベースエミッタ間抵抗は1~10kΩの範囲にしているのが多いです。今回は一例として3kΩとしました。(8A-1A)×\frac{3kΩ}{2×0.6V}\\&=&17.5kΩ\end{eqnarray}となります。シミュレーションで確認シミュレーション回路LTspiceを用いて、ラッチが解除される電圧\(V_{IN(RE)}\)が8Vになっているかを確認してみます。上図にシミュレーション回路を示します。『.icコマンド』を使用してトランジスタ\(Q_{1}\)のベース電圧\(V_B\)を初期値を1Vに設定することで強制的にラッチ動作をさせています。供給電圧\(V_{IN}\)は0.1秒まで24Vであり、0.1秒を超えると電圧が低下するように設定しています。シミュレーション結果シミュレーション結果を上図の右に示します。供給電圧\(V_{IN}\)が8Vになった時に電圧\(V_{A}\)が増加していることから、ラッチが解除される電圧\(V_{IN(RE)}\)が設計通りの8Vになっていることが確認できます。ベース電流\(I_{B}\)が0Aになっている時にラッチが解除していることも確認できます。まとめこの記事ではラッチ回路の抵抗値の設計方法について説明しました。設計において、抵抗\(R_{IN}\)と抵抗\(R_{BE}\)を適切に設定しないと以下のようになるため注意してください。供給電圧\(V_{IN}\)が少し低下しただけで、ベース電流\(I_{B}\)が0Aとなり、ラッチ解除してしまう場合があります。抵抗\(R_{IN}\)が小さく、抵抗\(R_{BE}\)が大きい場合トランジスタに流れる電流が絶対最大定格を超える場合があります。電圧\(V_{A}\)が高くなるため、そもそもラッチ動作が成り立たない場合があります。当サイトの全記事一覧は以下にまとめてあるのでぜひ参考にしてください。設計方法について説明します。【ゲート駆動回路】ゲート抵抗の設計方法についてMOSFETにはゲートに抵抗を接続して使用するのが一般的です。今回はそのゲート抵抗の設計方法について説明します。設計方法としては大きく2つあります。(クローバー方式)の種類と特徴について!負荷を過電圧から保護するためには過電圧保護回路を接続する必要があります。この記事ではクローバー方式と言われている過電圧保護回路の種類や特徴などを説明します。...回路ダイオードを使用したクランプ回路とは?原理や動作についてICやマイコンは、過電圧(サージ電圧など)や静電気放電(ESD)等から保護する必要があります。保護方法の1つにダイオードを使用したクランプ回路をICやマイコンの入力端子に接続する方法があります。絶縁型コンバータの定電圧制御回路にはフォトカプラが使用されます。このフォトカプラの直列抵抗と並列抵抗について設計方法を説明します。上図に定電圧制御回路を示します。AFFINGER5.。