ほとんど話題に上がらないNPN&PNP Transistor Matching回路の設計

インターネットにある簡易的なトランジスターマッチング回路はちょっと間違っているしお勧めできない。

いきなり挑発的なタイトルです。

インターネット上で見かける多くの簡易的な選別回路（マッチング回路）は、そこまでの精度を求めていないか、あるいは「ある特定の条件下」でのみ簡易的に測ることを目的としています。

の3点のセオリーを無視しています。でもマッチングは出来ます。悪くないけど良くもない。それを治そうというのが今回の話です。

最初に修正した回答を見せましょう。

簡易マッチング回路を修正して更に最適化していますので実にシンプルです。

どのような値にすればよいかも書いてありますし値がシミュレーション出来ています。

ちなみにネットでは

ダイオードによってはVce0.68Vの回路も存在します。

OK？妥協しますか？Vceも2つのTrでずれてますよ。1ｍVの基準でマッチングするといくらでもペアが出来てしまいます。おそらくテスターは0.1ｍV精度しかないですか？

hFEが100と110では0.023ｍVしか乖離しません。それならhFEを5単位で表示してくれる安いトランジスターチェッカーの方が優秀です。

そしてその誤差を納得の上でペアとして使うのです。hFEでいうと10なのか5のペアを使うのかはあなた次第です。

ぁぁあなたの0.1ｍV精度ですか？hFEが40離れてもOKであれば使ってください。

シミュレーションでは100kも4kも誤差は変わりありませんでした。つまりNPN同士のマッチング、PNP同士のマッチングには使えます。

カレントミラー以前にトランジスターの動作からの話をするのはこの場ではやめておきます。その方が学ぶ事が多いと思うからです。私の話などネット上の回路が間違っている事が分かっていただければそれで充分です。

この電圧差が小さい回路を使うのはプロのエンジニア以外は推奨されません。

そしてこの話は終わったかのように観えますがそうはいきません。

何故って私は0.001ｍVを計測できる機材を持っているからです。

そしてシミュレーションでわかったことがあります。

これは構造上の問題でhFE（性能）が同じでも電圧がシフトしてしまうものです。

（Pの性質とNの性質の違いからくる～効果のような名前が付いているはずですが忘れました）

ここまでの様々な必要な条件をまとめましょう。

NPNとPNPをマッチングするための条件。

hFEが70～120（Oランク相当）は補正が必要。 120未満は除外した方が簡単。
正負に高精度な電圧が必要。低hFEのトランジスターの場合0.1Vずれると0.3mV誤差となる。本来であれば10Vか実利用の12Vが望ましいが精度が良ければ電圧値は2.5~24Vとアバウトでよい。
コレクターに与えるリファレンスの電圧をTL431で一定にする。
TL431は1mA以上での動作が必要であり入力電圧で抵抗値が変わるので注意。ここに精度は必要ない。（厳密にはマッチングに必要な条件ではない）
コレクターに与えるリファレンスの電流はデータシートと比較できるよう@1mA付近にする。その為にはエミッター側に1Vあたり1kΩを使う。抵抗値はアバウトでよいが精度は必要。0.05%20ppm以下は欲しい。
Vceは2～5V。
デジタルマルチメーターのプロフェッショナルな機材が必要。

はい、ここまで考えないとNPNとPNPでマッチング出来ません。データシートのグラフとかけ離れた値で計測してはいけません。

簡単な回路なんですけどね。

例えば5Vから12Vと-12.1Vを出力する製品を使っても-0.1Vの誤差がマッチングを妨げます。

もちろんプロ用の機材であれば正確な電源など簡単ですが一般向けではありませんね。

https://akizukidenshi.com/catalog/g/g112337/

これからTL431を3つ使って+-9Vと2.48Vを作って+-9Vでオペアンプを使わないと正しい世界が見えて来ません。

あとは単電源からレールスプリッタICを使って正確に正負電源を作る事です。ただしレールスプリッタは強烈ですが1mVはグランドが動くので必ず正負同じ負荷をかけないといけません。つまりNPNだけ計測等は値がズレます。

仮想グランドを安定させるには分圧抵抗をセメント抵抗の100Ωにした状態なら動かないらしいです。(OMG)

結局ACから正負電源を作ったほうが簡単で正確だったりします。

そして次にあなたは「何これー」と云う。

つまりそういう世界なのです。

RU OK?