| □ H15年04月期 A-07 Code:[HD0106] : OTLプッシュプル回路を用いた低周波電力増幅回路の動作と特徴 |
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低周波増幅回路の問題です。無線機の音声出力段だけでなく、オーディオアンプなどもこの形になっていることが多いです。［１］基本はエミッタフォロワの組合わせ原理的な動作は、Fig.HD0106_aのようになります。問題文にもあるように、この回路にはトランスが不要です。ついでにいうと、結合コンデンサも必要ありません。直流から増幅できます。 | |
 Fig.HD0106_a 交流入力に対するSEPP回路の動作 |
その理由は、この回路が入力の正負の振幅に対して、対称に動作するからです。入力が正に振れているときは、Fig.HD0106_aの赤矢印の経路で電流が流れ、負に振れているときは青矢印のように流れます。 この回路の名称をSEPPというのは、Single End Push Pull、つまり、入力がシングルエンド（差動ではない）で負荷に電流が交互に流れるためで「プッシュ（押し）プル（引き）回路」と呼ぶわけです。 問題文の図では、両トランジスタのエミッタがGNDに接続されているので、エミッタ接地と思いがちですが、この回路はエミッタフォロワ（コレクタ接地）です。 |
実際にこの回路を設計する時に、理想的に動作させるためには、条件が最低でも２つあります。［２］特性の揃ったトランジスタペア、コンプリメンタリペアを使う上下で対称な回路になるためには、トランジスタの特性が揃っていなくてはなりません。揃っていないと、入力の正側と負側で出力波形が異なってしまうことになりますから、歪が生じます。デバイスメーカ側では、この用途に応じてPNPとNPNで、特性が良く似たトランジスタを開発し、コンプリメンタリ（相補）ペアとして販売しています。そのペアの型番は、トランジスタのデータシートを見ると、出ています。例えば、2SC5949という東芝のオーディオ用パワートランジスタのデータシートには「2SA2121とコンプリメンタリになります」と書いてあります。 なお、ここで示された例はバイポーラトランジスタですが、FETにも同様の考え方で回路が構成でき、コンプリメンタリペアが存在します。 ［３］クロスオーバ歪をなくすAB級増幅Fig.HD0106_aにあるような回路は、入力にはバイアスがかかっていません。従ってＢ級増幅に近い動作（コレクタ電流が少しでも流れ始めるＶbeまでバイアスを持ってくるのがＢ級だが、ここは全くのノーバイアスだから）ですがこの方式では、Tr1からTr2に切り替わる時やその逆の時に「クロスオーバー歪み」と呼ばれるひずみが生じます。 | |
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Fig.HD0106_bがそのひずみを説明した図です。トランジスタのＶbe対Ｉc特性は、Ｖbeが小さいところでは直線になりません。なので、入力が小さい振幅の時は、この回路は非線形回路であり、出力は赤い線のように小振幅の部分で歪みます。これがクロスオーバーひずみです。 小振幅でもこの特性を直線にしてやるためには、上下それぞれの回路にベースバイアスを加え（ベース電流をわずかに流し）、無信号時にも少しコレクタ電流が流れるように（Ｖbe対Ｉcの青の点線）してやります。こうすると、合成した特性が青の実線のようになり、出力にクロスオーバーひずみがなくなります。 |
 Fig.HD0106_b クロスオーバひずみの発生原理 |
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但し、この方法では入力がゼロの時にも、負荷には流れず、２つのトランジスタ間を流れる電流があるので、効率という点では下がります。 | |
 Fig.HD0106_c AB級のSEPP回路 |
実際の設計では、Fig.HD0106_cのように、PN接合ダイオードを入れて、その順方向電圧Ｖf分だけベース電位を浮かせ、バイアスをかける方法を用います。トランジスタのＶbeもPN接合ですから、トランジスタがONし始める電圧とほぼ同じ電圧0.6〜0.7 [V]がバイアスとして加わることになります。このように無負荷時のコレクタ電流を最大出力電流の半分にするようなベースバイアスの掛け方を、AB級増幅回路といいます。 この方法でも、ＶbeとＶfが全く同じにはならないことや、両者の温度係数の差から、熱暴走が生じたりするため、実際の回路はもっと複雑なものとなります。 |
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それでは、解答に移ります。 Ａ…この回路はＳＥＰＰ(Single End Push Pullとも呼ばれます Ｂ…この方式に用いるトランジスタペアは、コンプリメンタリです Ｃ…この回路で発生するひずみはクロスオーバーひずみです となりますから、正解は４と分かります。 | |
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