| □ H19年12月期 B-03 Code:[HD0108] : エミッタホロワ増幅回路の特徴と動作 |
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 Fig.H1912B03a |
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１段のエミッタフォロワ増幅回路の特徴を問われています。エミッタフォロワ回路はコレクタ接地回路、とも呼ばれます。高いインピーダンスで受けて、低いインピーダンスで送り出す回路として、非常に良く使われる回路ですので、マスターしてしまいましょう。［１］エミッタフォロワの動作原理…ＶBEに着目まず、トランジスタはその基本動作として、ベース−エミッタ間電圧（ＶBE）が、コレクタやベースに流れる電流にかかわらずほとんど一定、ということを思い出しましょう。常温で、シリコントランジスタなら、約0.7 [V]です（厳密には変化します）。これは、許容コレクタ損失が何100 [W]もあるようなものでも、数[mA]しか流さない小信号のものでも、ほとんど同じです。 | |
 Fig.HD0108_a エミッタフォロワの構成例と動作 |
それを理解した上で、この回路の動作を見て行きます。 Fig.HD0108_a左はエミッタフォロワの模式的な回路図です。Ｒ1とＲ2はベースにバイアス電流を流すため、バイアス電圧を決めている抵抗です。また、Ｃ1, Ｃ2は入出力の信号から直流分をカットするコンデンサです。このコンデンサによるリアクタンス分は、増幅したい周波数領域で十分低いものと考えます。 入力のない時のベース電圧をＶBIAS [V]とし、振幅ｖ [V]のAC入力信号を入れるとします。 |
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この時、ベース電圧（Fig.HD0108_aの回路図でＡ点の電圧）ＶB [V]は、 ＶB＝ＶBIAS±ｖ …(1) となります。一方、エミッタ電圧（Ｂ点の電圧）ＶE [V]は、常にＶBより0.7 [V]低いので、 ＶE＝ＶB−0.7 ＝ＶBIAS±ｖ−0.7 …(2) となります。この関係をグラフに書くと、Fig.HD0108_a右上となります。 ［２］エミッタフォロワの特徴１ 電圧利得はほぼ１この回路の最終的な出力電圧Ｖout [V]（Ｃ点の電圧）について考えてみます。この点の電圧は、Ｂ点の電圧の直流成分をカットしただけなので、(2)式より、Ｖout＝ＶBIAS±ｖ−0.7−（ＶBIAS−0.7） ＝±ｖ …(3) となって、入力と同じ振幅になりますから、電圧利得は１です。また、符号は正ですから、位相は同相（入力電圧が上昇すれば、出力電圧も上昇）です。 ［３］エミッタフォロワの特徴２ インピーダンス変換作用以下、すべてバイアス分の電圧や電流は除き、信号分だけで議論します。トランジスタの電流増幅率をβとし、信号源から流れ出す電流を±ＩB [A]とします。負荷に流れる電流±ＩE [A]は、 ＩE＝βＩB …(4) となります。負荷抵抗ＲL [Ω]に(4)の電流が流れ、その両端に±ｖ [V]の電圧が生じているので、 ＩE＝ｖ/ＲL …(5) と書けます。入力インピーダンスＺin [Ω]は、入力電圧ｖ [V]と電流ＩB [A]の比で、 Ｚin＝ｖ/ＩB …(6) 一方、出力インピーダンスＺout [Ω]は(4)＝(5)とおいて、 Ｚout＝ＲL＝ｖ/βＩB …(7) となります。ここで、(6)式と(7)式を比べると、 Ｚin＝βＺout …(8) となります。 例えば、増幅器の出力インピーダンスが100 [Ω]程度と低く設計したとしても、一般的な小信号トランジスタを持ってくれば、そのβは、200程度はありますから、入力インピーダンスは100 [Ω]×200＝20 [kΩ]という非常に大きな値となります。 つまり、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低い特徴を持っています。このため、スピーカーの数[Ω]という低いインピーダンス負荷が繋がるオーディオアンプも、アンテナの50 [Ω]系を出力インピーダンスとする送信機も、出力段はほぼ例外なくこの形式です。 エミッタフォロワの大きな働きは、インピーダンス変換である、ということができます。 ［４］エミッタフォロワの特徴３ 周波数特性エミッタフォロワの周波数特性は良好（広帯域）です。もちろん、トランジスタの持っている増幅作用がなくなるまでの高い周波数では、特性が落ちますが、それより低い周波数では広帯域で平坦な特性を示します。これは、ベース（入力）とエミッタ（出力）の間に電位差がないため、ここに寄生容量が存在していても見かけ上容量はゼロ（電位の等しい電極間に電界はできないため電荷は溜まらない）で、ミラー効果がないためです。 それでは、解答に移ります。 ア…エミッタフォロワの電圧利得はほぼ１ １です イ…入出力の位相は２同相です ウ…入力インピーダンスはエミッタ接地に比べ非常に８高いです エ…エミッタフォロワは、４コレクタ接地回路とも呼ばれます オ…エミッタフォロワは、10インピーダンス変換機能を持ちます となります。 | |
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