全波整流回路について 教えていただけませんか！！？

トランジスタを2段使用した（カレントミラー）全波整流回路についてお聞きしたいのですが、入力に正弦波をいれて出力に全波整流がでる回路を作ったのですが、入力が負のときと正のときの出力を比較すると入力が負のとき正のときで全波整流の波高値がちがいます；；　この理由を教えていただきたいのですがお願いします！！
また周波数を高くしていくと、より顕著にその現象がみられ、また位相もずれてきます。
よろしければそちらも教えていただけませんか？？

No.3 ベストアンサー 回答者： LCR707 回答日時： 2006/07/04 00:16

　回路を提示していただきまして、ありがとうございます。

　回路としては、カレントミラーの形をしていますが、Q1のエミッタに低インピーダンスの信号源をつないだ時点で、カレントミラー回路では無くなっているように思えるのですが、それはさておき。
　
　抵抗R1～R4に流れる電流を、それぞれI1～I4とします。
　信号が負電圧のときは、質問者さんが補足で書いているとおり、Q2が－１のゲインを持ったアンプになります。これを詳細に表すと、
　I4 = (Vin + Vbe1 - Vbe2 - Vee) / R4
　I3 = I4・hfe / (1 + hfe)
　Vo = Vdd - R3・I3
　なので、これをまとめると
　Vo = Vdd - (R3 / R4)(hfe / (1 + hfe))(Vin + Vbe1 - Vbe2 - Vee)　　・・・・・・(1)
　となります。ここで、
　R3 = R4、Vbe1 = Vbe2、hfe>>1、Vdd = -Vee　　　・・・・・・(2)
　 と仮定すれば、
　Vo = -Vin 　　　・・・・・・(3)
　になります。従って、入力電圧が負のときの誤差要因は、(2)の部分にあります。これらが１つでも仮定から外れると、(3)式に誤差が生じます。
　ここで、Q1のコレクタ電流はベース電流を無視すれば
　I1 = (Vdd - Vbe1 - Vin) / R1 　　・・・・・・(4)
　であり、これはQ1のエミッタ電流にほぼ等しいのですが、これをQ2のエミッタ電流I4と比べると、Vinに対する増減が逆になっています。従って、Vbe1 = Vbe2 という仮定は厳密に言うと、成り立たないことがわかります。

　次に、入力電圧が正の場合、Q2のベース電圧Vb2は
　Vb2 = Vin + Vbe1　　・・・・・・(5)
　このとき、Q2はすでに飽和しているので、出力電圧は
　Vo = Vb2 - Vbe2 + Vce2　　・・・・・・(6)
　これをまとめると
　Vo = Vin + Vbe1 - Vbe2 + Vce2　　・・・・・・(7)
　となります。ここでの誤差要因は、Vbe1 - Vbe2 + Vce2 です。
　ここで、各部の電流を求めてみます。
　I3 = (Vdd - Vo) / R3　　・・・・・・(8)
　I4 = (Vo - Vce2 - Vee) / R4　　・・・・・・(9)
　I1 = (Vdd - Vbe1 - Vin) / R1　　・・・・・・(10)
　ただし、I4 > I3 なので、その差I4-I3 はI1の一部がQ2のベース電流として供給されます。
　従って、Q1のエミッタ電流 Ie1 は
　Ie1 = I1 - (I4 - I3)　　・・・・・・(11)
　となりますが、これはVinの増加につれて減少します。一方、Q2のエミッタ電流I4は、Vinの増加につれて増加するので、こちらの場合も、Vbe1 - Vbe2 が打ち消しあって０になるとは言いがたいです。
　なお、Vce2の飽和電圧は、コレクタ電流やベース電流の大きさに影響されますが、こういう回路の場合は数mV～200mVの値になると思います。これは何かを調整することによって０にすると言う訳にはいきません。

　方眼紙の横軸にVin、縦軸にVoを取り、(1)と(7)の直線を描いたとき、それがどこで交わるかが重要です。Vin=0 の縦軸上で交われば良いのですが、そうでなければ、Voに現れる２つの山の高さに違いが生じます。また、実際に測定してみるとわかりますが、２つの直線の交点あたりでは、スパッと動作が切り替わるのではなく、じわじわと切り替わるため、交点の角が丸みを帯びると思います。従って、入力信号の振幅が小さいほど、誤差要因の影響を受けやすくなり、バランスやゲインが狂います。

この回答へのお礼

非常に丁寧に解説していただき、ありがとうございました。
これでぐっすり寝ることができます笑
ありがとうございました！！
また機会があればよろしくお願いします！

お礼日時：2006/07/04 01:17

No.2 回答者： LCR707 回答日時： 2006/07/02 22:14

　OPアンプを用いた全波整流回路であれば、容易に想像がつくのですが、カレントミラーを用いた全波整流回路は、私にとっては少々珍しいので、私が想像している回路と、質問者さんが実際に作った回路に大きな相違があると、話がかみ合わなくなりそうです。

　従って、回路の構成、及び正弦波を全波整流波形に変換する仕組みについて、文章でかまいませんから説明してもらえないでしょうか。その際、トランジスタにはQ1,Q2など、抵抗にはR1,R2などの番号を付けてもらえると助かります。
　

この回答への補足

http://www.ne.jp/asahi/evo/amp/tech/current_mirr …
上のサイトの右上図で説明させていただきます。
その図に、まず抵抗100KΩを両トランジスタのエミッタ側コレクタ側にそれぞれいれます。（Ｑ１のコレクタ側の抵抗をＲ１　エミッタ側の抵抗をＲ２　　Ｑ２のコレクタ側の抵抗をＲ３　エミッタ側の抵抗をＲ４とします）よって抵抗は合計４つ使いました。
そしてＱ１のエミッタ側とそのエミッタ側の抵抗Ｒ２との間に入力を印加します。入力は発信器で正弦波を印加し、接地しています。
出力はＱ２のコレクタ側とそのコレクタ側の抵抗Ｒ３との間から取り出しました。
そして回路の上下に１５Ｖと－１５Ｖを印加しました。（Ｖｃｃ＝15Ｖ、Ｖｅｅ＝-15Ｖ）
回路の構成はこのような感じです。。
おそらくですが正弦波を全波整流に変換する仕組みは、まずカレントミラー回路はダイオード接続なのでＱ１はダイオードとみなせるので、入力が正の場合ダイオードがあるため電流は減少できずに一定の電流しか流すことができなくて、そのためカレントミラーを通してＱ２にも一定の電流しか流せず結果的に出力は入力に追随するかたちになる。
入力が負の場合、増幅器としてはたらき増幅率は
Ａｖ＝－Ｒ３／Ｒ４＝－１
になるので反転する　と考えています。。
自信ないですが・・・。
めちゃくちゃな文で失礼ですが、ご意見よろしくお願いします！

補足日時：2006/07/03 01:28

No.1 回答者： LCR707 回答日時： 2006/07/02 15:51

　カレントミラー回路部の入出力特性のグラフで、その直線が原点を通るかどうか確かめてみてはどうでしょうか。

　
　抵抗とトランジスタから成る回路で周波数特性が平坦でないのなら、どちらに主な原因があるかは容易にわかりそうなものですが・・・。
　トランジスタ回路に周波数特性が生じる原因を挙げてこの回路でどのようにそれが影響しているかを考察すれば、レポートとしては十分ではないかと思います。
　

この回答への補足

ご意見ありがとうございます。
もう一度トランジスタの周波数特性についてよく調べてみたいとおもいます！
しかし依然として入力が正の時と負のときでは出力の全波整流の波高値が違う理由が見当もつきません。。
よろしければそちらのほうもご意見いただけたらうれしいです！
よろしくお願いします。

補足日時：2006/07/02 17:46