エミッタフォロア回路のAC動作、基本エミッタフォロア、ダーリントンエミッタフォロア、複合エミッタフォロア、コレクタ接地など

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更新日 2017-09-02 | 作成日 2008-01-12

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エミッタフォロア回路の基礎

1、エミッタフォロア回路のAC動作の考え方

エミッタフォロア回路(コレクタ接地)はゲインが約1倍で増幅作用がない回路です。主な特徴としては、次段への電流供給能力があり出力インピーダンスが低い回路です。ここではエミッタフォロア回路にSin波などを入力したAC動作について考えてみましょう。

2、エミッタフォロア回路Sim

Fig.1のエミッタフォロア回路のVINにSin波などの信号を入力するとどうなるでしょうか?実際にSin波形を入力してみましょう。

エミッタフォロアSim1

  (a)  回路

エミッタフォロアSim結果1

 (b) 入力電圧対出力電圧
Fig.2  基本エミッタフォロア回路Sim(Tran)

エミッタフォロア回路Simの解説

Fig.2のデータで青色がVIN、赤色がVOUTです。

入力VINに対して出力VOUTは約0.6V下がった電圧で追従しています。
つまり、出力電圧マイナス約1Vbeで入力電圧に追従します。この動作がエミッタフォロアと呼ばれる理由です。MOS回路のソースフォロアも「従うもの、あとに続くもの」という意味でソースフォロアといわれます。

3、エミッタフォロア回路の
大振幅信号入力時のAC動作

電源電圧と同じ5VのSin波をVINに入力してみましょう。

エミッタフォロアSim2

  (a)  回路

エミッタフォロアSim結果2

 (b) 入力電圧対出力電圧
Fig.3 基本エミッタフォロア回路Sim(Tran)

大信号入力時Simの解説

Fig.3のデータで青色がVIN、赤色がVOUTです。

入力VINに対して出力VOUTは約0.6V下がった電圧で追従しています。
でもよく見ると0V付近では波形が歪んでいる(クランプしている)ように見えます。これはなぜでしょうか?

これは入力信号が約0.6V以下のときはトランジスタがオフしてしまうから、つまり、電流が流れないです。つまり、信号を入力出来る電圧範囲は約1Vbe~電源電圧までになります。

4、ダーリントン
エミッタフォロア回路

ダーリントンエミッタフォロア回路
  (a)  回路

ダーリントンエミッタフォロアSim結果

 (b) 入力電圧対出力電圧
Fig.4  ダーリントンエミッタフォロア回路Sim(Tran)

ダーリントンフォロアSimの解説

Fig.4のデータで青色がVIN、赤色がVOUTです。

入力VINに対して出力VOUTは約1.2V下がった電圧で追従しています。
これはなぜでしょうか?

これは単純に、ダーリントン接続しているのでトランジスタのVbeが2個分、つまり、約0.6V×2=約1.2Vになるからです。この回路の特徴は、一段のエミッタフォロア回路に比べ出力トランジスタの能力を増加させることが出来ます。ただし、入力信号の動作範囲や出力振幅幅は小さくなります。用途としては、トランジスタの能力が低い場合やレベルシフトしたい場合に有効です。

5、複合エミッタフォロア回路

複合エミッタフォロア回路

  (a)  回路

複合エミッタフォロアSim結果

 (b) 入力電圧対出力電圧
Fig.5  複合エミッタフォロア回路Sim(Tran)

複合フォロアSimの解説

Fig.5のデータで青色がVIN、赤色がVOUTです。

入力VINに対して出力VOUTはほぼ等しい電圧が出力されています。
これはなぜでしょうか?

これはNPNを使ったエミッタフォロアとPNPを使ったエミッタフォロアを
組み合わせることにより、入出力電圧をほぼ等しい電圧にしています。
つまり、

VOUT=VIN-0.6V(NPN)
       +0.6V(PNP)
    ≒VOUT

になるからです。この回路の特徴は、入力信号と出力信号がほぼ等しくなることです。これはNPNトランジスタとPNPトランジスタを使うことで実現できます。実際はNPNとPNPのVF(Vbe)を合わせるようにエミッタ電流を調整したり、Isをそろえるなど、トランジスタを選定したり、サイズを調整します。

6、エミッタフォロア回路のまとめ

エミッタフォロア回路は上記のように、いろいろな形式が実現できます。また、各種増幅段の出力回路など非常に応用範囲が広いのでいろいろな文献を読んで勉強し、いろいろな形式を知っておくとよいでしょう。以上がエミッタフォロア回路の基本的な入出力特性の考え方です。エミッタ接地に比べると簡単に理解できるのではないでしょうか?。

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