電気・電子の基礎知識

電気・電子の基礎知識
第１６７回直流増幅回路１
＜直流増幅回路１－１＞
vo
vi
回路１６７－１（１）は差動増幅
回路（Ｑ１＋Ｑ２）の出力信号を
エミッタ接地増幅回路（Ｑ３）で
増幅する回路です。
この回路では信号が流れる経路に
コンデンサを用いていない為、交
流信号と直流信号の両方を扱う事
が出来ます。
Ｒ５とＲ６の定数は出力ｖｏの直
流電位が０[Ｖ]に調整出来る値に
設定します。
この回路ではＲ６の値を調整する
事によってｖｏの直流電位を０
[Ｖ]にします。
この回路は、波形１６７－１（１）
に示すように、電圧利得Ａｖ＝
３１９５の反転増幅回路となって
います。
回路１６７－１（１）
波形１６７－１（１）：
（測定モード：ＤＣ）
ｅ１＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(緑色(ｅ１)) ：１[ｍＶ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(ピンク(ｖｏ)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
vi
ｅ１p-p＝２[ｍＶ]
ｖｏp-p＝６．３９ [Ｖ]
vo
Ａｖ＝ｖｏp-p／ｅ１p-p ＝３１９５
この回路は増幅度が非常に大きく扱いにくい為、実際には負帰還をかけて（増幅度を落として）使用します。
負帰還の掛け方は以下に示す通りです。
回路１６７－２（１）ではＲｆ１と帰還抵抗Ｒｆ２を追加しています。
回路１６７－２（１）
B
vo
A
vi
回路の動作は波形１６７－２のようになっています。
波形１６７－２（１）：
（測定モード：ＤＣ）
vi
vo
ｅ１＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(緑色(ｅ１)) ：５０[ｍＶ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(ピンク(ｖｏ)) ：１[Ｖ／ｄｉｖ]
ｅ１p-p＝２００[ｍＶ]
ｖｏp-p＝１．８９ [Ｖ]
Ａｖ＝ｖｏp-p／ｅ１p-p ＝９．４５
この回路の増幅度はＡｖ＝９．４５となっています。この値は、
Ｒｆ２／(Ｒｆ１＋Ｒ３)＝10ｋ／(1ｋ＋51)＝９．５１
とほぼ一致しています。よって
Ａｖ＝－Ｒｆ２／(Ｒ３＋Ｒｆ１) （式１６７－１）
の関係が成り立ちます。マイナスの記号は反転増幅器である事を表しています。
ところで、回路１６７－２（１）を見ると、以下のようになっています。
ＧＮＤ－点Ａ間の電圧＝０[Ｖ]
点Ａ－点Ｂ間の電圧＝０[Ｖ] （点Ａと点Ｂは仮想的に短絡されています（イマジナリーショート）
）
従って、Ｒｆ１とＲｆ２の接続点（点Ｂ）は仮想的に接地されていると言えます。
よって、回路１６７－２（１）に於いて、信号が流れる経路はおよそ以下のように表す事が出来ます。
i1
B
i2
i1 ≒ i2
図１６７－２（１）
vo = －vo’
vi
vo’
GND’
図１６７－２（１）に於いて、以下の関係が成り立っています。
入力信号電圧ｅ１＝ＧＮＤ’ を基準とした電圧ｖｉ
出力信号電圧ｖｏ＝－(ＧＮＤ’ を基準とした電圧ｖｏ’ ) （ｖｏとｖｏ’の矢印の方向が逆になっています。
）
ここで、回路１６７－２（１）において、点ＢはＱ１のベースに接続されていますが、Ｑ１のベースに流れ込む電流は微少で
ある為、入力信号ｅ１によってＲ３、Ｒｆ１に流れた電流ｉ１は、その殆どがｉ２としてＲｆ２に流れ込みます。
電圧の比は抵抗値の比で表す事が出来る為以下の関係が成り立ちます。
Ａｖ＝ｖｏ／ｖｉ＝－ｖｏ’／ｖｉ＝－Ｒｆ２／(Ｒ３＋Ｒｆ１) （式１６７－１）
＜直流増幅回路１－２＞
回路１６７－１（２）
電源＋１２[Ｖ]
Q1,2
Q3
出力
入力
電源－１２[Ｖ]
回路１６７－１（２）
、回路１６７－２（２）
はそれぞれ、回路１６７－１（１）
、回路１６
７－２（１）を実際に製作したものです。
この回路では、各電源とＧＮＤとの間にデカッ
プリングコンデンサ
（１０[μＦ]＋０．
１[μＦ]）
を追加しています。
Ｑ１＋Ｑ２：
HN4C06J GR hFE＝200～400
パッケージに２素子を内蔵。
Ｑ３：
2SA1162 Y hFE＝120～240
電源 Gnd
回路１６７－２（２）
Rf2
電源＋１２[Ｖ]
Rf1
オシロ ch１
（ｖｉ）
信号発生器＋
信号発生器 Gnd
オシロ Gnd
オシロ ch2
（ｖｏ）
電源－１２[Ｖ]
電源 Gnd
オシロ Gnd
回路１６７－２（２）では、信号の入力部分が
図１６７－２（２）の様になっています。
Ｒｓ＝５０[Ω]は信号発生器の出力インピーダ
ンスです。
よって、この回路の電圧増幅度の測定値は
Ａｖ＝Ｒｆ２／Ｒｆ１
で表されます。
vi
信号発生器
図１６７－２（２）
回路１６７－２（２）の動作は波形１６７－２（２）の様になっています。
vi
vi
vo
vo
波形１６７－２（２）１：
Ｒｆ１＝１[ｋΩ] Ｒｆ２＝１０[ｋΩ]
ｖｉ＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(黄色(ｖｉ)) ：０．２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(水色(ｖｏ)) ：２[Ｖ／ｄｉｖ]
測定値：
ｖｉp-p＝４００[ｍＶ]
ｖｏp-p＝４．０８[Ｖ]
Ａｖ＝１０．２＝Ｒｆ２／Ｒｆ１＝１０
波形１６７－２（２）２：
Ｒｆ１＝１[ｋΩ] Ｒｆ２＝５１[ｋΩ]
ｖｉ＝１０[ｋＨｚ] ２０[μｓ／ｄｉｖ]
ｃｈ１(黄色(ｖｉ)) ：０．２[Ｖ／ｄｉｖ]
ｃｈ２(水色(ｖｏ)) ：５[Ｖ／ｄｉｖ]
測定値：
ｖｉp-p＝４００[ｍＶ]
ｖｏp-p＝２０[Ｖ]
Ａｖ＝５０＝Ｒｆ２／Ｒｆ１＝５１
得られた波形を見ると、電圧増幅度の測定値が計算値と一致している事が分かります。
この回路では以下の様になっている事を確認しました。
＊（Ｒｆ１＝１[ｋΩ]、Ｒｆ２＝５１[ｋΩ]の時）
Ｑ１のベース電位＝２９．５[ｍＶ]
Ｑ１のベース－Ｑ２のベース間の電圧＝３０．３[ｍＶ]
＊出力端子に無視できない位の直流電位が現れる場合は、Ｒ５とＲ６の定数を再検討します。
＊回路１６７－１（２）の電圧利得は、およそ１８００である事を確認しました。
回路図の作成には Circuit Viewer を使用しました。
（Ｃ）2014 年 10 月
OKA 工学院
（無断転載禁止）

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