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2011年9月 5日 (月)

コレクタ接地増幅回路のはなし

コレクタ接地増幅回路とは
Corcomm
 交流的にコレクターを接地して使う増幅回路です。いわゆる、エミッターフォロアと呼ばれる回路になりますね。
ハード的には
 ベースから信号を入力して、エミッターから信号を取り出します。ベース・エミッター間はVbeで電圧が変わらないので、出力電圧は入力とほぼ同じで、増幅度は1です。 なぜ増幅しないこのような回路が必要かというと、電圧は増幅していないのですが、電流を増幅しているのです。オペアンプなどは出力可能電流は通常数mAで、例えば50Ωとかビデオ信号の 75Ωなどの負荷を駆動するには、出力電流の大きなオペアンプを使うか、このようなエミッターフォロア回路をつけて、バッファーとして出力電流を増やしてドライブ出来るようにします。高速大電流出力のオペアンプが高かった頃は、ビデオ出力回路はほとんどこのような回路を使っていました。周波数特性はは以下のようになります。
Emifol
 低域の落ち込みは4.7µFのコンデンサーによるもので、容量を10倍にすれば、カットオフ周波数も10分の1になります。エミッターフォロアーは増幅度が1なので、発振しないように思いますが、高い周波数で簡単に発振してしまいます。実際使う周波数よりもかなり高い周波数での発振なので「なんか波形が歪む」とか「トランジスタが熱い」程度で見つからない場合が多いです。
Vco
 右図のようにエミッターフォロア回路はベース・エミッタ間とエミッター・GND間にコンデンサーを入れれば、発振回路になってしまいます。パターンでベース・エミッターが近かったり、出力にコンデンサーの負荷が大きかったりすると発振しやすいようです。高周波域の発振なのでベース・GND間に100pF程度のコンデンサーを入れたり、長くてインダクタンスになっているパターンを修正したりして防ぎます。
ソフト的には
 エミッターフォローワーはコレクターとONするときは出力インピーダンスが低いのですが、低い電圧を出す電流がすくない時はエミッター抵抗による効果が大きく、インピーダンスを下げるには低めの抵抗値が必要ですが、電流が増えてしまいます。ですから低電圧(0V付近)で使いたい場合はマイナス電源を使って、トランジスターに流す電流を確保したほうが歪などの点では有利です。この回路をNPNとPNPの両方のトランジスターを電源側とGND側にコレクタ接地アンプとして使うのがいわゆるコンプリメンタリープッシュプル回路ですが、OPアンプなどで出力回路に使われています。またビデオ出力などでは無信号時にDCが出るのは好ましくないので、コンデンサーでDCカットしたりしますが、75Ω負荷で周波数特性を確保するには、数1000µFが必要になりますので、マイナス電源を使ってコンデンサーを省略したり、レールトゥレールOPアンプを使って低電圧の電源でも使えるようにします。

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