アナログ回路の素人です。おしゃべりするおもちゃを作ってちゃんと動く
のですが、原理がわからないことがあり、ここに書きました。
よろしくお願いします。
(内容)
ミューティング用にトランジスタ(NPN)をマイコンからon/offさせて、
音声ボリュームの後ろでさらにプルダウンするかしないかでゲインを2段階に変えています。
ここで、エミッタを接地して使っていたら、ポップノイズが大きく、たまたま
見た本にコレクタとエミッタを逆で使っている回路があったので、そうしたら、
ポップノイズは小さくなりました。今の所、トランジスタは壊れず、動いています。なぜポップノイズが小さくなるのでしょうか?また、こんな使い方をしていてデメリットは無いのでしょうか?

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A 回答 (8件)

再びpen2sanです。


まず、ご質問のポップス・ノイズはどの時点で発生しているノイズですか?

1)音声IC電源投入時に発生するノイズ
2)ミュート開放時に発生っするノイズ

通常(1)で発生するノイズは0-5V間(回路中にCが入っているとマイナス数Vから電源電圧を超えるプラス数V)の過渡電圧が発生し、それがポップスノイズとなります。 
また、(2)の場合は音声の状態、つまり音声波形のピーク(この場合は5V)でミュートが開放されるかボトム(この場合は0V)で開放されるかによりノイズの量が異なります。
ミュート開放時のノイズを減らすにはTrのベースとグランド間にCを入れ、CRの時定数によりミュート開放時の立ち上がりを鈍らすことにより高域成分を少なくする事ができ、耳に届く不快成分を少なくする事ができます。
通常、ミュート回路は音声回路が安定した後開放します。


推測ですが、asdfghさんが困っておられるポップスノイズは(1)の現象で、anisolさんが指摘されているノイズは(2)のケースの事を述べておられるのではないかと想像します。いかがですか?

補足の「エミッタからコレクタへ電流が流れるか」と言うご質問ですが、Tr単体のエミッタ、コレクタはメーカーが指定した物で、TrがNPN構成と考えた場合どちらのNがコレクタで反対側のNがエミッタであってもNPN構造であることに違いはありません。
よって、エミッタからコレクタに電流が流れている様に見えても、Trとしては正電圧がかかっている方をコレクタ、電流が流れ出す方をエミッタと理解して動作していると考えれば理解できると思います。 エミッタとコレクタを逆に使用した場合hfeが小さくなるためそれを狙ってわざとCとEを逆に使用する場合があります。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

おっしゃるとおり、「1)音声IC電源投入時に発生するノイズ 」
がまるで違います。本来ならば音声ICを常にスタンバイさせて、(2.5V出力させて)おけばいいのでしょうが、発音後どうしても0Vになってしまうんです。
(音声ICがスリープ移行している?)

ミューティング時のノイズ対策も教えて頂き、本当にありがとうございました。

まとめレスで申し訳ありませんが、ご回答、ご助言いただきましたみなさまに感謝いたします。

お礼日時:2001/09/12 11:57

No.1、No.4のものです。

一挙解決と思ったのですが、どうも度々ですみません。
このICは、補足から推定しますと片電源用で内部の位相反転回路で信号の中性点を作り出しているもののようですね。
そうしますとNo.3の方の指摘とNo.6の方の「ちょっと待った」の通りかも知れません。
何も手に無いので確かめるすべがありませんが、できましたら、追加のご意見、情報などを希望いたします。
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ちょっと待っていただけますか。


ポップノイズの原因は、直流バイアス2.5Vがミュート時にほぼ0V(Vce(sat))に急激に変化して起こるものと思います。すると逆接でVce(sat)が低下しても、ポップノイズにあまり変化はないのではないでしょうか。私は逆接すると出力のDC成分がミュート時にも中点電位2.5Vになるためではと思い、簡単な実験をしてみましたが、結果は私の考えを裏付けるものでした。

私自身まだうまく説明できないのですが、とりあえず報告しておきます。
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本来ここに投稿するべきもので無いのでしょうが、あまりにもみごとに解決されたので、さすがは専門家ですね。

ちょっと思いつきませんでした。
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No.1のものです。

補足ありがとうございました。
読んでいる間に,pen2sanさんの回答がきました。すべて解決ですね。
音声IC出力2.5VとありますのでVeboは、問題ないですね。
飽和電圧が小さいということは、スイッチとして使用するときは、条件が許せば、電圧降下が小さく有利だと言うことですね。
あとは、マイコンの電圧5Vによるベース電流だけですが、しっかりベース抵抗が入っているので、これも大丈夫ですね。

私もマイコンで色々遊びましたが、パソコンをはじめて買ったときは、拡張スロットにI/Oボードを挿して、いろいろコントロールしたくて買いました。
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回路図が無いのであくまでも推測ですが、その回路の入力は差動入力で電源のグランドレベルと信号のグランドレベルが同一ではないなどという

ことは無いでしょうか?それならば説明が付くかも知れません?
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NPN TrのE側の不純物濃度とC側の不純物濃度が異なります。

一般に、EとCを逆に使用しますとVces(飽和電圧)が下がります。その分ポップスノイズが低くなる訳です。
注意する事は一般の(エピタキシャル・プレーナー等)TrのVeboは5V前後なので使用電圧をそれ以下にする必要がありますが通常の音声回路(ポップスノイズ除去回路)ではピークでも2V以下でしょうから問題ありません。 また、ご使用の回路が不明ですがポップスノイズがプラス側とマイナス側に発生するのであればNPN,PNP両方のTrを使用するとポップスノイズ低下に効果があります。

結構、市販のステレオアンプやICでも逆接続で使っていますよ。(元オーディオアンプ設計技術者)
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完全回答ではなくすみません。


一般論ですが、トランジスタは、3端子なので、エミッタ、コレクタ、ベースのいずれを接地することも、いずれを出力にすることも性質は変わりますが、ありえます。
この場合、前後の回路のデータがわかりませんので、なんともいえませんが、コレクタとベースが入力だとしますと出力をONするためより多くの入力を必要とするはずです。ですので、入力が違うかもしれません。
ポップノイズが小さくなるのは、いずれにしてもマイコンからの信号で信号レベルをダウンされから、ということは、トランジスタの出力がONになったはずですが。
基本的には、使用条件がそのトランジスタの最大定格Vcbo、Vebo、Ic、Pc、などを超えなければ、デメリット、ダメージは無いと思います。規格表の値と実際の値を見比べてください。
以下は、面倒でなく、どれか分るでしょうか。
もし分れば、さらに具体的な検討が可能かも知れません。回路図が見えないのが残念ですが。
マイコンのOUTPUT(I/Oボード)どのようになっていますか。オープンコレクタか、極性は、電圧は?その他?
音声ボリュームの後には、プルダウン用抵抗がありますね。その値は?
音声ボリュームは、メカ式でしょうか、石でしょうか。
トランジスタを接続したところの端子電圧、インピーダンス、極性は?
その他

この回答への補足

コメントありがとうございます。
マイコンは出力ポートを、通常0V出力、トランジスタをonさせるときは
5Vを出力します。このポートはベース抵抗を介して、トランジスタのベースにつないでいます。
一方、音声ラインですが、音声IC出力は2.5Vを中心として0-5Vの両振幅の波形です。この後ろを メカ式の100kオームのボリュームでプルダウンして
(たとえばボリュームを中心に合わせると、50k、50kの分圧)そのあとで
50kの抵抗をトランジスタのエミッタにつなぎ、コレクタをGNDにつないでいます。 これだとポップノイズが少なくて、
50kの抵抗をトランジスタのコレクタにつなぎ、エミッタをGNDにつなぐと、
ポップノイズが大きいんです。

私、LEDを点灯させる回路は遊びで作ったりするんですが、普通はベースに
電流を流すと、コレクタからエミッタに電流が流れるんですよね。(NPN)
トランジスタのスイッチ動作って、エミッタからコレクタに流れることもあるのでしょうか?でも、動いているし、、、、、不思議。

補足日時:2001/09/10 17:40
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Aベストアンサー

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参考URL:http://www.infonet.co.jp/ueyama/ip/semi_cnd/transistor.html

Q初歩のトランジスタ(増幅回路) - エミッタ接地と位相

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Aベストアンサー

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宿題です。
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(答 同相)

Qエミッタ接地増幅回路 トランジスタ バイパスコンデンサ

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A2%97%E5%B9%85%E5%9B%9E%E8%B7%AFのエミッタ接地・電流帰還バイアス回路とその回路のCeに直列に抵抗を接続した回路の動作の違いを教えていただきたいです。

Aベストアンサー

参考資料 [1] にあるようなエミッタ接地増幅回路で、Ce と直列に抵抗を接続すると、下図のように、高い周波数( Ce がないとみなせる周波数 )での利得を制限することができます。

        ┌────┬─ Vcc(電源電圧)
        │      Rc
        R1      ├── Vout
        │      C
    Vin ─┼── B   ← トランジスタ
        │      E
        R2      ├──┐
        │      │   Ce
        ┷      Re  │  
       GND     │   R
               ┷   ┷
      ↑
    利 │              Rc/Re*( 1 + Re/R ) 
    得 │        / ̄ ̄ ̄
      │       /
  Rc/Re|___/ │
      |       fc
      │
      └─────────→
            周波数

 【図1 Ce に直列に抵抗 R を接続したエミッタ接地増幅回路とその利得-周波数特性】

【図1の回路の周波数特性】
図1の回路で、バイアス抵抗の R1 と R2 はトランジスタの入力インピーダンスより十分大きいとして、これらがないものとして無視します。また、参考資料 [1] に書かれている Cin と Cout も十分大きいとして無視します( Cin と Cout は抵抗ゼロとみなします)。すると、この増幅回路を、トランジスタの h パラメータを使って表わせば、図2のようになります( 資料 [2] にあるように、トランジスタの等価回路は簡略化して います)。回路の入力電圧を Vin、出力電圧を Vout とします(そうすると回路の利得は Vout/Vin となります)。

          B    C
    Vin ──┐   ┌────┬── Vout
          │   │      │
         hie   ↓hfe*ib  Rc ↑hfe*ib
       ib↓│   │      │
          └──┤E      ┷
              │← Ve
               ├──┐
( 1 + hfe )*ib - i1 ↓ │   Ce
              Re   │ ↓i1
              │   R
              ┷   ┷

ベース電流を ib とすれば、コレクタ電流は、これに電流増幅率 hfe をかけた hfe*ib になります(等価回路にはその電流値の電流源が示されています)。したがってエミッタ電流は、ベース電流とコレクタ電流の和 ( 1 + hfe )*ib となります。このエミッタ電流のうち、i1 の電流が Ce 側に流れとすれば、Re側に流れる電流は ( 1 + hfe )*ib - i1 となります(それらを足し合わせばエミッタ電流 ( 1 + hfe )*ib になります)。エミッタ電圧を Ve とすれば、ベース電流 ib は
   ib = ( Vin - Ve )/hie --- (1)
で表されます( hie はベース抵抗)。一方、このエミッタ電圧 Ve は、 Re の両端で電圧であり、それと同時に、 Ce と R の両端で電圧に等しいですから、
   Ve = { R + 1/( j*ω*Ce ) }*i1 = { ( 1 + hfe )*ib - i1 }*Re --- (2)
となります。式(2)から、i1 と ib の関係は次のようになります。
   i1 = ( 1 + hfe )*Re*ib/{ Re + R + 1/( j*ω*Ce ) }
これを式 (2) の第2項 に代入すれば
   Ve = { R + 1/( j*ω*Ce ) }*i1 = ( 1 + hfe )*( 1 + j*ω*Ce*r )*Re*ib/{ 1 + j*ω*Ce*( Re + R ) } --- (3)
となりますから、この式 (3) を式 (1) に代入して、ib の式に書き直せば
   ib = Vin/[ hie + ( 1 + hfe )*( 1 + j*ω*Ce*R )/{ 1 + j*ω*Ce*( Re + R ) } ]
という式になります。したがって、出力電圧 Vout は
   Vout = -hfe*ib*Rc = -Rc*Vin/ [ hie/hfe + ( 1+ 1/hfe )*( 1 + j*ω*Ce*R )/{ 1 + j*ω*Ce*( Re + R ) }
ですから、回路全体の利得 Vout/Vin は
   Vout/Vin = -Rc*{ 1 + j*ω*Ce*( Re + R ) }/[ hie/hfe*{ 1 + j*ω*Ce*( Re + R ) } + ( 1 + 1/hfe )*( 1 + j*ω*Ce*R )*Re ] --- (4)
で表されます(マイナスがついていつのは、出力と入力の位相が反転するため)。

【低周波利得】
直流を含めた低周波での利得は、式 (4) で ω = 0 とした場合で
   Vout/Vin = -Rc/{ hie/hfe + ( 1 + 1/hfe )*Re }
となります。hfe(エミッタ接地での電流増幅率)が十分大きければ、hie/hfe = 0 1/hfe =0 とみなせますから
   Vout/Vin = -Rc/Re
となります。これが図1での低周波利得です。Ce に直列に抵抗 R を入れないときの利得は、hfe が十分大きければ、この値になります(トランジスタ回路のテキストに出ているエミッタ接地回路の利得はこれです)。

【高周波利得】
1/{ j*ω*Ce*( Re + R ) } がゼロとみなせるような高い周波数( f >> fc = 1/{ 2*π*Ce*( Re + R ) } ) では、式 (4) は
   Vout/Vin = -Rc/{ hie/hfe + ( 1 + 1/hfe )*Re*R/( Re + R ) } --- (5)
となります。hfeが十分大きければ、hie/hfe = 0 1/hfe =0 とみなせますから
   Vout/Vin = -Rc/{ Re*R/( Re + R ) } = -Rc/Re*( 1 + Re/R ) --- (6)
となります。これが図1で、fc << f のときの利得です。 1 + Re/R > 1 ですから、この周波数帯域での利得は、低周波帯域より 1 + Re/R 倍大きくなります。R がゼロのとき、式 (6) の利得は無限大になってしまいますが、式 (6) は hfe = ∞ とした場合なので、現実にはそうなりません。hfe = ∞ としていない式 (5) で R = 0 とすれば、
   Vout/Vin = -hfe*Rc/hie
ですので、hfe が有限(通常100程度)なら、利得 Vout/Vin も有限になります。

【参考資料】
[1] エミッタ接地増幅回路 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%94%BB%E5%83%8F:Common_emitter.png
[2] エミッタ接地トランジスタの簡略化した等価回路( ppt ファイル 9ページ ) http://home.sato-gallery.com/education/Electronics2003/EL031219OHP.ppt

参考資料 [1] にあるようなエミッタ接地増幅回路で、Ce と直列に抵抗を接続すると、下図のように、高い周波数( Ce がないとみなせる周波数 )での利得を制限することができます。

        ┌────┬─ Vcc(電源電圧)
        │      Rc
        R1      ├── Vout
        │      C
    Vin ─┼── B   ← トランジスタ
        │      E
        R2      ├──┐
        │      │   Ce
      ...続きを読む

Qトランジスタ(エミッタ共通回路)

トランジスタ(npn形)のエミッタ共通回路(直流電源のみ)

の増幅原理を簡単に説明しているサイト、

若しくはどなたか教えていただけないでしょうか?

すみませんが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「エミッタ接地回路」というのは俗称で、正しくは「エミッタ共通回路」というべきです。(^_^;)

http://www-nh.scphys.kyoto-u.ac.jp/~enyo/kougi/elec/node23.html

このURLの終わりの方にある、
  Av~RL/Re (~は近似式の意)
が、近似的に用いられる直流電圧増幅率です。

この方は直流動作点設定のときに役立つかもしれません。
http://elec2.educ.fukushima-u.ac.jp/lect/elec2/manual/9.pdf

参考URL:http://www-nh.scphys.kyoto-u.ac.jp/~enyo/kougi/elec/node23.html


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