電気・電子の基礎知識

電気・電子の基礎知識
第１６６回プッシュプル回路
＜プッシュプル回路１＞
I1
はき出し
電流
vo
I2
吸い込み
電流
RL
１つのトランジスタで構成したエミッタ・フォロワ回路
では、負荷が重くなると出力信号波形がクリップしてし
まいます（第１３１回資料参照）
。
回路１６６－１は、この欠点を改善する為にトランジス
タのエミッタ側の負荷抵抗をエミッタ・フォロワ回路に
交換したプッシュプル・エミッタ・フォロワと呼ばれる
ものです。
上側のＮＰＮトランジスタＱ１が負荷ＲＬに電流をはき
出し（プッシュ）
、下側のＰＮＰトランジスタＱ２が電流
を吸い込む（プル）ことからプッシュプルと言います。
回路１６６－１
波形１６６－１は回路１６６－１に５０Ωの負荷を接続したときの入出力波形です。
比較的大きい±２５[ｍＡ]の電流を取り出していますが、出力波形ｖｏがクリップしていないことが分かります。
しかし、出力波形を見ると、中央付近で正弦波の上側と下側がつながっていない部分があります（赤矢印の部分）
。
これをクロスオーバー歪み（スイッチング歪み）と言います。
波形１６６－１
e1
vo
I1
I2
：
（ｅ１、ｖｏ測定モード：ＡＣ）
（Ｉ１、Ｉ２測定モード：ＤＣ）
ＲＬ＝５０[Ω]
ｅ１＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(緑色(ｅ１)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(ピンク(ｖｏ)) ：１[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ３(黄色(Ｉ１)) ：２０[ｍＡ／ｄｉｖ]
ｃｈ４(水色(Ｉ２)) ：２０[ｍＡ／ｄｉｖ]
ｅ１＝２[Ｖ]
ｖｏ＝１．２４[Ｖ]
Ｉ１＝２４．７[ｍＡ]
Ｉ２＝２５．２[ｍＡ]
Ｉ１≒Ｉ２≒ｖｏ／ＲＬ
この歪みが発生する原因は、トランジスタのバイアス方法にあります。
この回路では２つのトランジスタのベースが共通接続されていて、ベース電位が同じである為、入力信号が０[Ｖ]付近の時は、
ベース－エミッタ間に電位差がないのでベース電流が流れません。
つまり、トランジスタは２つとも動作していない状態（カットオフ）になります。
そして、入力信号がベース端子に加わっても、各トランジスタはベース－エミッタ間に０．７[Ｖ]より高い電圧が加わるまで
動作しません。
この為、回路１６６－１では出力波形の中央に±０．７[Ｖ]の不感帯が出来てしまいます。
しかし、この形式の回路は入力信号が無い時は２つのトランジスタがカットオフしているので、この時の電流が０になり、
トランジスタが発熱しないというメリットがあります（回路の効率が良いと言えます）
。
波形１６６－１を見ると、トランジスタＱ１にはｅ１（ｖｏ）が正の期間に電流Ｉ１が流れ、トランジスタＱ２にはｅ１
（ｖｏ）が負の期間に電流Ｉ２が流れている事が分かります。
＜プッシュプル回路２＞
I1
vo
RL
I2
回路１６６－２は回路１６６－１のスイッチング歪みを
改善したものです。各トランジスタのベースにダイオー
ドで０．７[Ｖ]のオフセット（ダイオードの順方向電圧降
下）をかけて、トランジスタの不感帯を取り除いたもの
です。
波形１６６－２は、この回路に５０Ωの負荷を接続した
ときの入出力波形です。これを見ると、ｖｏのスイッチ
ング歪みが改善されていることが分かります。
この回路では無信号時にトランジスタのベース－エミッ
タ間のダイオードがＯＮとＯＦＦの境目の状態となって
いる為、トランジスタに電流はほとんど流れません。
従って、無信号時のトランジスタの発熱はほとんどあり
ません。
回路１６６－２
波形１６６－２
e1
vo
I1
I2
：
（ｅ１、ｖｏ測定モード：ＡＣ）
（Ｉ１、Ｉ２測定モード：ＤＣ）
ＲＬ＝５０[Ω]
ｅ１＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(緑色(ｅ１)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(ピンク(ｖｏ)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ３(黄色(Ｉ１)) ：２０[ｍＡ／ｄｉｖ]
ｃｈ４(水色(Ｉ２)) ：２０[ｍＡ／ｄｉｖ]
ｅ１＝２[Ｖ]
ｖｏ＝１．８６[Ｖ]
Ｉ１＝３７．０[ｍＡ]
Ｉ２＝３８．０[ｍＡ]
Ｉ１≒Ｉ２≒ｖｏ／ＲＬ
＜プッシュプル回路３＞
I1
vo
RL
回路１６６－３は回路１６６－２を２電源化し
たものです。２電源化する事によって入力端子と
出力端子の直流電位を０[Ｖ]にしています。
入出力の結合コンデンサを取り去る事が出来る
為、直流信号を扱うことが出来ます。
この形式の回路ではインピーダンスの低い負荷
をスイッチング歪み無しに効率よく駆動する事
が出来ます。
波形１６６－３は、この回路に５０[Ω]の負荷を
接続したときの入出力波形です。
I2
回路１６６－３
波形１６６－３
e1
vo
I1
I2
：
（ｅ１、ｖｏ測定モード：ＤＣ）
（Ｉ１、Ｉ２測定モード：ＤＣ）
ＲＬ＝５０[Ω]
ｅ１＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(緑色(ｅ１)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(ピンク(ｖｏ)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ３(黄色(Ｉ１)) ：２０[ｍＡ／ｄｉｖ]
ｃｈ４(水色(Ｉ２)) ：２０[ｍＡ／ｄｉｖ]
ｅ１＝２[Ｖ]
ｖｏ＝１．８８[Ｖ]
Ｉ１＝３７．６[ｍＡ]
Ｉ２＝３７．６[ｍＡ]
Ｉ１≒Ｉ２≒ｖｏ／ＲＬ
＊
この回路を設計する際は、出力電流に見合ったトランジスタで、特性の揃ったＮＰＮとＰＮＰのトランジスタ（コンプリ
メンタリ・ペアのトランジスタ）を使用するようにします。そしてＲ１、Ｒ２の抵抗にはトランジスタのベース電流
（最大出力電流の１／ｈｆｅ）より充分に大きい電流を流すようにします。
＊
この回路では、正負の電源電圧Ｖ１とＶ２の絶対値が違うと入出力端子の直流電位は０[Ｖ]にはなりません。
また、使用している２本のダイオードの順方向電圧ＶＦが違うと、その差も入力端子に現れます。
従って、この回路は直流信号を正確に扱わなければならないような用途には不向きであると言えます。
回路図の作成には Circuit Viewer を使用しました。
（Ｃ）2014 年 5 月
OKA 工学院
（無断転載禁止）

Download Report