Transcript 第7回（2007/11/26）

電子回路Ⅰ 第７回(2007/11/26)
RC結合増幅回路
トランジスタの高周波特性
ダーリントン接続、カレントミラー回路
今日の内容
RC結合増幅回路
 コンデンサを入れる理由
 利得の周波数特性
 トランジスタの高周波特性
 高周波等価回路
 ミラー効果
 組み合わせ回路

増幅器の縦続接続
一段の増幅器（回路）で所望の増幅（利得）ができない場合、
増幅器を多段に接続して使用する
全体としての利得
A  Av1 Av 2 Av 3
縦続接続の例
1段目
（エミッタ接地）
2段目
（コレクタ接地）
縦続接続に用いるコンデンサ
（結合コンデンサ）
各点の電圧波形
v1
t
RL
C2
RA
v2
C1
v3
バイアス
t
VCEQ
v4
v2
v1
RB
t
t
B
C
E
RE
v3
v4
VCC
バイパスコンデンサ
REは動作点を安定化させるための抵抗
RL
S1 
S2 
S3 
I C
 I CBO
I C
 V BE
I C
 h FE
 1


h FE R A R B
R A R B   R A  R B  R E 1  h FE
h FE  R A  R B 
R A R B   R A  R B  R E 1  h FE

C
B

RB

VCC
E
v1
1
R A R B   R A  R B  R E 1  h FE
C2
RA
 I C  S 1  I CBO  S 2  V BE  S 3  h FE
CE
RE
 [ R A R B   R A  R B  R E I CBO
  R A  R B V BE  R B V CC   R A  R B  R E I C ]
電圧利得はREによって減少
Av 
h fe R C
h ie  1  h fe R E
バイパスコンデンサ：CE
REと並列に接続し、交流信号に対してインピー
ダンスを小さくする
R
ZE 
E
1  j C E R E
RC結合増幅回路と等価回路
トランジスタ
単体の等価
回路
Ri：R1, R2および2段目のTrの入力抵抗
Ci:2段目のTrの入力容量と浮遊容量
考えるべき周波数帯域
コンデンサのインピーダンスは周波数特
性をもつため、帯域によって値が異なる
Ri , C i
一般に　C i  C C  C E より
次の 4 つの帯域に分けること
ができる
中域周波数
（1/jCi=∞,1/jCC=0,1/jCE=0）
Avm 
v2
v1


R L h f i1
e
h ie i1  R E 1 i1  h fe i1 
RLh f
e
h ie  R E 1 1  h fe 
R L  R C // R i

RC Ri
RC  Ri
高域周波数
（1/jCC=0,1/jCE=0）
A vh 
RLとCiの並列
v2
v1
RL



1  j C i R L
h ie i1  R E 1
RLh f
i
1
e
h f i1
e
 h fe
R L  R C // R i
i 
1
1
h ie  R E 1 1  h fe  1  j  C i R L
A vm
1  j C i R L

RC Ri
RC  Ri
低域周波数
（1/jCi=∞,1/jCE=0）
A vl 
RCと(Ri+CC)の
と並列
v2
v1
Ri
1
1


RC
1
R i  1 / j C C
R i  1 / j C C
RiとCC
で分圧
h f i1
h ie i1  R E 1 i1  h fe i1 
j C C R C R i
hf

1  j  C C  R C  R i  h ie  R E 1 1  h fe 

RC Ri

j C C  R C  R i 
RC  R i 1  j C C  R C  R i 
1
1  1 / j C C  R C  R i 
A vm
e
A vm
e
超低域周波数
（1/jCi=∞）
A vll 
v2
v1
Ri
1
1

 A vl

RC

R i  1 / j C C
1
e
R i  1 / j C C


1
h ie i1   R E 1 
1

 j C E

RE 2

h  1  h R
 1  h  R  R 
ie
h ie
h f i1
fe
fe
E1


 i  h i 
fe 1
 1


E1
E2
1  j C E R E 2
1  j C E R E 2
h ie  1  h fe R E 1
h ie  1  h fe  R E 1  R E 2 
低域と
の違い
ここまでのまとめ
中域
高域
Avl 
1  1 / j C C  RC  Ri 
Avm  
Avh 
RLh f
1
e
hie  R E 1 1  h fe 
1
1  j C i R L
Avm
Avm
A /A vm
低域
1
帯域幅
0 .1
0 .0 1
低域しゃ断
周 波 数
周波数
高域しゃ断
周 波 数
問題
低域
中域
高域
Avl 
1
1  1 / j C C  RC  Ri 
Avm  
Avh 
RLh f
e
hie  R E 1 1  h fe 
1
1  j C i R L
Avm
Avm
左の式を参考にして、電圧
利得のベクトル軌跡（複素
平面上での周波数依存性）
を描きなさい
高周波におけるトランジスタ回路
(Ciの意味)
トランジスタ（電流増幅部）以外でも
寄生容量（浮遊容量）が必ず発生すると考えるべき
高周波におけるキャリアの運動
少数キャリアがベースを通過する間に
小信号による電界が変化
p
n
p
高周波における電流増幅率
 
0
1  j /  
 

1

0
1  j /  
ただし
位相の変化が発生
 0 ,  0 : 直流における電流増幅
 
実数ではなくなる
2D p
W
2
率
: しゃ断各周波数
等価的にコンデンサが
接続されたことになる
   1   0  
D p : 少数キャリアの拡散定
W : ベース幅
数　     
電流増幅率の周波数依存性
1
0 .1
 
 
位 相 [° ]
0 .0 1
0
-2 0
-4 0
-6 0
-8 0
   
0
1  j /  

1

0
1  j /  
高周波における等価回路（トランジ
スタ単体）
CC
B
C
Cd
E
入力（ベース）と出力（コレクタ）間にコンデンサが発生
ミラー効果
i1  j  C v1  v 2 　および　v 2   Av 1 より
Z in 

v1
i1

v1
j  C  v1  v 2 

v1
j  C v1  Av 1 
1
j  1  A C
Cが小さい浮遊容量でも、
(1+A)倍されて見える
入力インピーダンスが無限大の増
幅器にコンデンサを並列に接続
多段接続した増幅器の利得
ダーリントン接続
１つのトランジスタだけでは増幅
が十分にできない場合
hfe ～ 数百
最初のトランジスタの出力を次
のトランジスタの入力とする
ダーリントン接続の等価回路
ダーリントン接続のhfe，hfe
ib 2  1  h fe 1 ib 1  (1  h fe 1 ) ib
i c  h fe 1ib  h fe 2 ib 2  h fe 1  h fe 2 1  h fe 1 ib
v be  h ie 1ib  h ie 2 ib 2  h ie 1  h ie 2 1  h fe 1 ib
より
h fe 
h ie 
ic
ib
v be
ib
 h fe 1  h fe 2 1  h fe 1   h fe 1  h fe 2  h fe 1 h fe 2
 h ie 1  h ie 2 1  h fe 1 
カレントミラー回路
i1と全く同じi2を作りたい
カレントミラー回路の等価回路
i1とi2の関係
v1  h ie ib 1  R E 1  h fe ib 1
 h ie ib 2  R E 1  h fe ib 2 より　ib 1  ib 2
i1  1  h fe ib 1  ib 2
 2  h fe ib 2
i 2  h fe ib 2
より
i2 
h fe
2  h fe
i1