【ＭOSFET使用】定電圧回路の動作原理について解説します！

MOSFETを使用した定電圧回路があるらしい。
どんな動作原理なのかな？

こんな疑問を解消します。

 
そこで今回は、『MOSFETを使用した定電圧回路の動作原理』について丁寧に解説します！
 

MOSFETを使用した定電圧電源の定番回路図

上図が、MOSFETを使用した定電圧電源の定番回路図です。

『15V電源から5.0V-30mAの定電圧電源を作り出せる回路』であり、設計方法については別記事にて紹介します。

初見ではどのように動作しているか分からないので、各素子の役割を1つずつ見ていきましょう。

PMOS1の役割

まずは、PMOS1の役割を説明します。

PMOS1の役割は『15V⇒5V変換』です。

Id-Vgs特性図を見ると、下記のことが分かります。

Vds：10Vとなれば、Vout = 5V (= Vin – Vds = 15V – 10V)に変換できますね。

R2の役割

次に、R2の役割を説明します。

R2の役割は『PMOS1のVgs生成』です。

R2に電流が流れると、PMOS1のゲートソース間電位差が発生します。

R2が無いと、ゲートソース間電位差は0Vになってしまうのです。

NMOS1の役割

次に、NMOS1の役割を説明します。

NMOS1の役割は『R2通電電流のコントロール』です。

R2の通電電流は、NMOS1のゲートソース間電位差によって決まります。

Id-Vgs特性図を見てみましょう。

NMOS1は電流値のコントロールを担っているのです。

VfVfの役割

次に、VfVfの役割を説明します。

VfVfの役割は『NMOS1のゲート電位固定』です。

『NMOS1のゲート電位 = Vf + Vf』で固定されます。

VfVfが無いとNMOS1のゲート電位を固定できません。

R1の役割

次に、R1の役割を説明します。

R1の役割は『VfVf通電電流の生成』です。

If-Vf特性図を見ると、下記のことが分かります。

VfVfに一定の電流を流すために、R1があるのです。

R3の役割

次に、R3の役割を説明します。

R3の役割は『NMOS1のソース電位生成』です。

R3に電流が流れると、NMOS1のソース電位が上昇します。

R3の抵抗値によって、NMOS1のゲートソース間電位差を調整できます。

R4＆R5の役割

次に、R4＆R5の役割を説明します。

R4＆R5の役割は『Voutの監視』です。

VoutのR4＆R5による分圧値が、NMOS2のゲート電位に入力されています。

常にVoutを監視しているのです。

NMOS2の役割

次に、NMOS2の役割を説明します。

NMOS2の役割は『NMOS1通電電流の調整』です。

差動増幅回路を構成するための素子であり、最重要ブロックなので、しっかり理解して下さい。

Voutが上昇しても、差動増幅回路によってVoutは小さくなります。
つまり、Voutは一定に保たれるのです。

実際の設計例

今回紹介した回路について、『実際に存在する素子を用いた設計例』を下記にて紹介しています。

シミュレーションソフト『LTspice』を用いた動作確認まで実施しているので、ぜひご覧下さい。

関連記事　【ＭOSFET使用】定電圧回路の設計方法について解説します！
 

『MOSFETを使用した定電圧回路の動作原理』まとめ

いかがでしたでしょうか。

『MOSFETを使用した定電圧回路』は使用例が増加しています。

『MOSFETを使用した定電圧回路』の動作をしっかりと理解しましょう。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

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