エミッタ接地の増幅回路で、
入力電圧(交流)を大きくしていくと、
出力電圧の波形が大きくなり、やがて波形の上側、下側歪みますが、
この歪みについて質問です。
片方の歪みは、電流がトランジスタを通る際に、
逆方向電流が通らないことから生じると思うのですが、
なぜ両側に歪みが生じるのでしょうか?
また、この歪みの上限は、
入力電圧を大きくしていくと下がりますが、
上限が下がるのはなにを意味するのでしょうか?

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A 回答 (4件)

エミッター接地の増幅器は、基本的に直流増幅器ですね。


ベース入力側から検討します。交流の入力を入れると言ってもグランドよりもマイナスの電圧は入れられませんから、交流信号の中性点をグランドレベルよりプラス側にバイアスしていますね。この中性点を中心に交流入力を大きくしていくと、あるレベルで交流の負側がグランドレベルになりますね。これ以上のマイナスはありませんから、これが入力側の限界でこれ以上は、歪みます。
次に出力側も交流の電源があるわけでなく、直流の一定電圧電源があって、この電圧から、交流を出す為に出力に出したくない電圧をトランジスタのコレクタ・エミッタ間に負担させているわけです。
直流電源電圧を2本の水平な平行線で示し、その2線の間に交流の出力波形を書いてみて、その波形の上側を斜線で塗りつぶしてみてください。
その斜線部分が電源電圧がトランジスタに食われる部分です。
イメージできませんでしょうか。
従って直流電源は、交流の最大振幅(+側-側の合計)以上の電圧が必要です。
ちょっと自己満足の説明ですが、どうでしょうか。

この回答への補足

歪みの原理についてはだいたい分かったのですが、
さらに入力(交流)をあげると、出力の波形の歪みの限界が下がって出てくる理由が分かりません。イメージ的には、出力が歪むことにより入力に影響が出て、入力のグランドレベルが変わるからかなと思っているのですが…。もしよろしければその辺りについてお聞きしたいと思います。どなたでもかまいません。おねがいします。

補足日時:2001/10/21 17:08
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。つまり、上限、下限ともに原理は同じで、入力と出力で向きが変わるために、両側に歪みができるということでしょうか。見なおしてみます。ありがとうございました。

お礼日時:2001/10/21 17:06

> 片方の歪みは、電流がトランジスタを通る際に、逆方向電流が通らないことから生じると思うのですが。



逆方向になるのを防ぐために、入力ゼロの時の動作点を前もってずらしておきます。これをバイアスと言います。電源電圧20ボルトなら入力ゼロのとき、コレクタ電圧が10ボルト程度になるように回路定数を調整するわけです。
入力がプラスのときコレクタ電圧は下がり、マイナスのときコレクタ電圧は上がります。
(1)コレクタ電圧が0又は20ボルトを超えるような過大入力をいれると頭打ちによる歪が出ます。
(2)越えない場合でも、特性曲線のゆがみ(非直線性)によっても歪が起きます。
 上下の波の大きさが違ったりします。

> 上限、下限ともに原理は同じで、入力と出力で向きが変わるために、両側に歪みができるということでしょうか。

上記の通りです。

> 出力が歪むことにより入力に影響が出て、入力のグランドレベルが変わるからかなと思っているのですが…。

バイアスの掛け方によってはそういうことが起こりえます。
エミッタに抵抗とコンデンサを入れる「セルフバイアス」方式の場合、コンデンサの容量が小さすぎると負帰還が起こり、増幅率が下がるなどと言うことが起こります。

トランジスタ名、バイアス方式、回路定数、電源電圧、周波数など具体的に書かれると、専門家の的確なアドバイスが受けられると思いますが。
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この回答へのお礼

<トランジスタ名、バイアス方式、回路定数、電源電圧、周波数など具体的に書かれると、専門家の的確なアドバイスが受けられると思いますが。

これはレポートなので、そこまでは自粛したいとおもいます(^^;
参考になりましたので、再考してみたいと思います。ありがとうございました。

お礼日時:2001/10/22 20:24

単純に電源電圧の問題ではないでしょうか?出力が電源電圧近くになるとそれ以上高い電圧を出力できなくなりますから、当然それ以上入力を大きくしても出力に変化はおきません。

大振幅の出力を得るためには最大振幅電圧より高い電源電圧が必要です。
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この回答へのお礼

出力と電源電圧についてもう少し考えてみます。参考になりました、ありがとうございます。

お礼日時:2001/10/21 16:51

前半だけ


たしか.あ型増幅器の場合に.左右対称になるように設計します。
すると.エミッター側の制限が現れる頃には.コレクター側も飽和してしまうことになります。
結果的に.両側が飽和してしまいます。
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この回答へのお礼

エミッター側とコレクター側を考慮するのですね。参考になりました。

お礼日時:2001/10/21 16:48

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負帰還増幅回路が多用される理由としては、まず次のようなトランジスタの特性に依存するところが大きいと考えられます。

 長所:数百倍~数千倍の増幅率を持った回路を比較的簡単に組める。
 短所:しかし、素子のバラつきや使用条件に依存しない一定の増幅率
    を得ることが難しい。

 そこで、長所である増幅率を一部犠牲にして短所を補うようにしたのが負帰還増幅回路です。負帰還により見かけの増幅率は下がりますが、その分、使用条件や素子のバラつきの影響を受けにくくなります。このお陰で、たとえば音響用途であれば音の歪みを大幅に減らすことが出来ます。
(ちなみに、真空管の場合は素子の特性上、負帰還がなくてもある程度実用になる性能を出すことが出来ます。)
 
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発熱の問題をうまく解決しないとすぐに壊れてしまいます。
主に次の2つの方向で工夫がなされます。
 ・増幅素子の発熱がなるべく少なくなるよう回路を工夫する
  →昔はA級~B級増幅器という方式が主流でしたが、
   最近は大幅に発熱を抑えられるスイッチング方式が
   主流になりつつあります。
 ・増幅素子から出てしまった熱を効率よく逃がす
  →大きな放熱器、ヒートパイプの利用など

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