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電子回路の直結増幅回路でのドリフトを防ぐ方法として

shtnht310さん

2012/3/1610:34:34

電子回路の直結増幅回路でのドリフトを防ぐ方法として

分圧するのはわかるのですが、

・電位の低いトランジスタTr1のエミッタとトランジスタTr2のベースを結合するというような方法が取られている
・NPN型とPNP型のトランジスタをうまく組み合わせる

と参考書に書いてあったのですが、イメージがつきにくくわかりやすく教えて欲しいです。

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k_fzr1000さん

2012/3/1612:07:14

shtnht310さんへ

ん? はぁ??

>直結増幅回路でのドリフトを防ぐ方法として
>分圧するのはわかる
へ???

>・電位の低いトランジスタTr1のエミッタと
>トランジスタTr2のベースを結合する
?
ダーリントン接続ですか?

>・NPN型とPNP型のトランジスタをうまく組み合わせる
??

どれもこれも曖昧模糊として、言わんとしている事が解りません。


肝は、熱的に安定させる事。
だから、必ずPush Pullで動作させる様にする事、差動増幅にして、特性の良く揃ったTrを選別して熱結合させる事、定電流源やカスコード接続を必ず活用して安定動作の確保と動作原理の単純化、結合を密にする事等を励行する事、等です。

そうやって回路を構成しても足りない所を、外部からオフセット調整したり、DC負帰還を掛けたりします。

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uochocoさん

2012/3/1612:21:29

まあ、'60~'70 年代にはこんな回路が実用されていました。

ミ ゚ 仝゚ミっ http://www.page.sannet.ne.jp/je3nqy/analog/2tramp1.htm

このページの回路図を借りて説明します。残念ながら回路定数はあまり感心しないのでページの説明文は無視します。この回路では R4 を 3kΩ にもしちゃってますが、330Ω 前後の回路をよく見ました。この R4 は原理上不要で、

・ 負帰還をかける箇所を作るため
・ 入力インピーダンス、電圧利得を仕様に合わせるため

に挿入します。R4 による電圧降下が 0.1V でも大き過ぎ、0.05V 以下に収めるように設計するのが普通です。そうすると Q2 のベース電位は VBE よりちょっと大きくなります。雑音発生を極力少なくするため、普通 Q2 はものすごく小さい電流( 0.05mA 程度)で動かすので、VBE は 0.55V ほどになります。それに R4 による電圧降下が加わって Q2 のベースは 0.6V 程度になります。

次に Q2 のベース電流を考えると、他に通り途が無いので R4 400kΩ を通ります。その電圧降下を 0.2V 程度に設計するのが普通です(例えば 0.05mA / 100 × 400kΩ = 0.2V) 。何らかの理由で Q1 のエミター電圧が上がれば、

→ R4 の電流が増える → Q2 のベース電流が増える → Q2 のコレクター電流が増える
→ Q2 のコレクター電圧が下がる → Q1 のベース電圧が下がる → Q1 のエミター電圧が下がる

ように負帰還がかかるので、Q1 のエミター電圧は Q2 の VBE を基準に安定化され、約 0.8V (設計値)になります。

次に Tr の温度ドリフトを考えます。バイポーラー Tr は、

・ 温度が上がると VBE が低下( Ic 一定)し、hFE が増加します。
・ 温度が下がると VBE が上昇( Ic 一定)し、hFE が減少します。

いま、25℃ を基準として、

・ 75℃ で Q2 の VBE が 0.1V 低下、hFE が 2 倍
・ -25℃ で Q2 の VBE が 0.1V 上昇、hFE が 1/2 倍

になったとします。すると、

・ 75℃ で Q2 のベース電圧 0.5V、R4 の電圧降下 0.1V、Q1 のエミター電圧 0.5V + 0.1V = 0.6V
・ -25℃ で Q2 のベース電圧 0.7V、R4 の電圧降下 0.4V、Q1 のエミター電圧 0.7V + 0.4V = 1.1V

それぞれ 25℃ における設計値の -25%、+37.5% です。IE1 ≫ IB2 のため、IE1 = VE1 / R2 となります。従って、IE1 ≒ IC1 も -25~+37.5% 変動します。それによる VC1 の変動が問題にならないよう R1 を定めます。

以上の説明から解るように、R4 を小さくすれば安定度が高まります。しかし R4 は入力信号に対し並列になるため、そうすれば入力インピーダンスが低下します。また、Q2 の VCE は VBE1 + VBE2 + IB1 R4 ≒ 1.3V に固定されてしまいます。VCE が小さいと、

・ hfe が低下
・ hoe が増加
・ hre が増加

し、さらに高周波特性も悪化するので、この種の回路はだんだん嫌われ、'70 年代後半にはこのような差動増幅回路全盛となります(回路図をクリックすると拡大されます)。

ミ ゚ 仝゚ミっ http://vacu.um-tu.be/archives/1411

'80 年代に入るとオペアンプの性能が向上し(初めのうちは雑音が大きい上 5kHz くらいまでしか増幅できなかったので音声増幅にはつかえない代物だった)、ヂスクリートでアンプを組むことはなくなったな。まあ学生さんは、学校の勉強はしないでいいから(全部カンニングでいい)、回路図集に載ってる回路を片っ端組んでつつきなさい ミ ゚ 仝゚ミ

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e_nigateさん

2012/3/1612:07:36

npnエミッタフォロワとpnpエミッタフォロワを組み合わせると、DCオフセット及びその温度変化の少ない回路を簡単に実現できます。
もっと高性能を求めるなら、差動増幅器を使います。
最高の性能を求めるなら、温度ドリフトの少ないICオペアンプの品種を選びます。TI社、AD社、リニアテクノロジ社などのICが有名です。

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