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トランジスタを用いた差動増幅器のCMRRの高周波数帯域での低下原因について質問で...

kgg********さん

2013/5/622:48:33

トランジスタを用いた差動増幅器のCMRRの高周波数帯域での低下原因について質問です。

表題の通りですが、トランジスタを用いて差動増幅器を構成し、2つの入力端子に同相信号を入力してCMRRの周波数特性の測定を行いました。
結果としては、周波数が高くなるにつれてCMRRは低下していきました。

CMRRが、コレクタ電流Icを制御するエミッタ抵抗に依存しているということが測定前にわかっていたため、Icの制御方法として

(1)エミッタ抵抗を用いた場合
(2)定電流回路を用いた場合(理想的にはインピーダンス無限大となる)

の2パターンの回路を構成してその両方でCMRRの測定を行いました。
CMRR低下は①逆相利得の低下、②同相利得の増加のどちらか、あるいはその両方であるということはわかったのですが、高周波数帯域においてなぜ①、②が起こるのかがよく理解できていません。。。

(1)のパターンでは逆相利得は低下しましたが、同相利得は周波数に関わらずほぼ一定でした。
→CMRR低下の原因は①
(2)のパターンでは逆相利得は(1)とほぼ一致して低下し、同相利得は周波数によって増加していきました。
→CMRR低下の原因は①、②


コレクタ出力容量の影響や、高周波数帯域での空乏層容量の充放電時間の影響等、いろいろと調べてみましたが、結局のところ一番の要因はなんなのかが、よく整理できていません。
私の現状として、トランジスタを用いた回路構成はそこそこ勉強したので、理想トランジスタでの動作は説明できるのですが、内部構造(PNPとか空乏層とか)の知識があいまいで、周波数によって変化するパラメータに翻弄されています…。

どなたか、ズバっと説明していただけませんでしょうか。
ぜひよろしくお願いします。

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ベストアンサーに選ばれた回答

mpc********さん

編集あり2013/5/1205:35:30

下図にあるようなミラー効果ではないでしょうか。

rbはベース広がり抵抗で、C1はコレクターベース容量で、トランジスタ内部に寄生しているものです。
ベース駆動においては(b)の等価回路となります。かなり簡略化してあります。厳密なものは下の(2)参照。


差動電圧のときはペアBJT(バイポーラトランジスタ)の各々は(b)のようになりますからローパスフィルタで高域でゲインが落ちます。これが差動ゲインが下がる原因では?

BJTをエミッタの電流源にした場合、(a)で見た場合、周波数が高くなると、C1のインピーダンスは下がりますから、ぁバイコレクタからベースに電流が流れ、それがべータ倍されコレクタ電流になります。極限ではコレクタとベースが短絡してしまいます。この場合ダイオードとなってしまいます。つまり周波数が上がると、抵抗値が下がります。これが同相ゲインが上がる原因では?
抵抗の場合、これはないですね。


参考
(1)
http://eetimes.jp/ee/articles/0911/25/news105_2.html
(2)
http://okawa-denshi.jp/techdoc/3-3-8TrCob-tr.htm

下図にあるようなミラー効果ではないでしょうか。...

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ベストアンサー以外の回答

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xia********さん

2013/5/623:37:33

どんなトランジスタでどの位の周波数で悪化し始めたのでしょう?
例えば ft が 100 Mhz のトランジスタでは回路によりますが
その辺りが限界です。DC でのゲインが 100 だったとしたら
実際の限界の (ゲインが 1 になる)周波数 の 1/100 の周波数を
カットオフとしてゲインが減り始めるでしょう。
また、信号源とそこからの配線によるインピーダンスが高い場合は BE 間の
容量成分と CB 間の容量成分による負帰還でローパスフィルターが出来ます。
基本的に作動アンプは左右対称にしますが、コレクタ抵抗の片方を省略した
場合は CB 間の容量成分による負帰還がアンバランスに効いてくるでしょう。

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