プッシュプルエミッタフォロワの動作について(2)

質問

-----------15V
　　　　　　　　|　　　　　　|
　　　　　　　R01　　　　　|　　　R01=R02(a点7.5V)
　　　　　　　　|　　　　　　|　　　Tr1:npn
　　　　　　　　　-----　Tr1　　Tr2:pnp
　　　　　　　　|　　　　　　|　　　TrのVbe電圧降下0.6V
　　　　　　　　|　　　　　　|　　　Diodeの電圧降下0.6V
入力--C1--　a　　　　b　--C2--出力
　　　　　　　　|　　　　　　|
　　　　　　　　|　　　　　　|
　　　　　　　　　------　Tr2
　　　　　　　　|　　　　　　|
　　　　　　　R02　　　　　|
　　　　　　　　|　　　　　　|
　　　　　　　　-----------0V

上のプッシュプルエミッタフォロアの回路において、質問と確認です。間違っているところがあったら教えてください。

(1):a点の上下に↓の向きのダイオードをつけレベルシフトしたプッシュプルの回路において入力信号が正の電圧のとき、上側のダイオードに対しては逆方向電圧なのでTr1には信号が行かないように見えるが、バイアスと相殺し全体的に見て順方向ならばTr1は動作する。Tr2は逆方向に電圧がかかっているのでオフ。

(2):(1)の場合において、入力信号はa点の電圧7.5Vからダイオードの0.6Vを引いた、6.9VまではOK？(理論上として)

(3):(1)の場合において、入力信号が動作範囲内の場合は交流的にみるとダイオードはないのと同じ？

(4):なひたふ新聞さまの図をお借りして http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/outpow.html のダイヤモンド回路においてバイアスのかかり方と入力信号がはいったときの動作がよくわかりません。Tr1とTr2が(5)においてのダイオードと同じ働きをしてる？
またダイオードを使ったレベルシフトとなにが違うのでしょう？どんな利点があるのかもよくわかりません。

以上です。宜しくお願いします。

回答No.5

FOCA · ベストアンサー

言葉で表現するのは結構難しいのですが、+の信号が入れば信号の大きさに関わらず即Tr2に逆電圧が加わりカットオフするという考え方は間違っているということがご理解いただければ大丈夫でしょう。

入力信号は電源電圧までOKというのはかなりおおざっぱな表現でした。ダイオードのバイアス分を差し引けば、交流分は6.9V0-P＝13.8Vp-pまでということになりますが、ちょいと問題があります。

+側にこのような大きな信号が入った瞬間を考えてみましょう。
a点の上側のダイオードに流れる電流はR01の影響で非常に小さくなります。つまりカットオフです。一方、a点の下側のダイオードには無信号時の約２倍のバイアス電流が流れますが、ダイオードの電圧降下はさほど変化しません。
つまり、Tr1とTr2のベース間に加わるバイアス電圧が降下するので何らかの負荷が接続されていればTr1には電流が流れますがTr2はカットオフします。
R01とR02を定電流ダイオードに置き換えればこの問題はある程度解決するといいたかったわけです。

（4)の計算ですが、
話を単純にするために上半分だけの回路とし、Voutに接続される負荷は10Ω、Tr1とTr3のhfeは100とします。
Tr3の入力インピーダンスは10Ω×100＝1kΩこれが通常のエミッタフォロアの入力インピーダンスですね。
ダイヤモンド回路の場合（本当はこの名前はおかしいと思うがそのまま使う）上記の1kΩとR3 を並列にしたものがTr1の負荷になる。
R3を1kΩとすれば、Tr1の入力インピーダンスは500Ω×100＝50kΩです。

もしVout に接続される負荷が1kΩなら・・・
これはさすがにわかりますよね。

お礼

なんとなくわかりました。
丁寧にありがとうございました。

回答No.4

FOCA

こんにちは、この手の疑問に対しては黒田徹氏の著書「初めてのトランジスタ回路設計」あたりが良いので探してみると良いでしょう。
また、計算式だけでなんとかしようとせず、回路図に電圧や電流を書き込んで考えると簡単にわかりますよ。

さて本題です。
(1)
A点の上下に付けた2個のダイオードはR01、R02によるバイアス電流が流れているので、入力信号が電源電圧！の範囲内ならば逆バイアスにはならない。
従って、Tr2はオフにはならない。（この辺が理解できればダイヤモンド回路とやらも理解できるはず）
もしTr2がオフになるとすれば、何かの負荷（スピーカなど）が接続されて、Tr1から負荷に向かって大きな電流が流れ、その結果Tr1のVbeが大きく（0.7Vとか）なり、その分、Tr2に加わるバイアス電圧が（0.5V程度）低くなるのでオフになる。

(2)
上記の通りおよそ電源電圧の範囲までOK。（実際にはR01とR02を定電流ダイオードに置き換えても１～１４V位が限度かな？）
でなきゃ±数十Vを出力するアンプの回路はどうやって動作できるのでしょう？

（3)
省略

(4)
Tr1とTr2が(5)においてのダイオードと同じ働きをしてる？
→Yes+α（αの部分は以下に続く）
ダイオードを使ったレベルシフトとなにが違うのでしょう？
→ヘッドホン等の低インピーダンスの負荷を接続した場合には入力インピーダンスが2桁位高い。つまりこの回路の前段の回路（多分、電圧増幅段）の負担が軽いのです。
なぜかというとTr1の負荷はR3とTr3の並列です。するとTr1の入力インピーダンスは・・・（計算できますよね？）

ではなぜあまり使われないのか？
このTr1がTr3へ供給できる電流はR3によって制限されます。従って、スピーカのようなあまり低インピーダンスのものを駆動するのには不向きです。ヘッドホンがいいところでしょう。
また、電圧増幅段にバイアス回路を組み込める場合にはあまりメリットのない回路ですが、電圧増幅段をオペアンプなどで組んだ場合や、プリアンプの出力を接続してヘッドホンを駆動する場合には、（電流増幅段の）入力インピーダンスを大きくする方法として有効です。

補足

なんとなくわかったような気がします。
つまり、ダイオードや、トランジスタがオフになる逆電圧がかからなければ、回路は常に動作状態にあるということですかよね。
また、動作範囲内の入力電圧ならば、交流分はそれのみで考えればいいのでしょうか？どうもバイアスがこう掛かっていてそれにこの入力信号があるとここがこうなってとか考えていると訳がわからなくなってきます。
あと、すみません、(4)のインピーダンスの計算……教えてください。

回答No.3

ASIMOV

すいません、ANo.2 に間違いが有ります

＞シングルコレクターフォロア　->　シングルエミッターフォロア

です

回答No.2

ASIMOV

ダーリントンのペアはTr1-tr3です（Tr2-Tr4)
Tr1とTr2がなければ、単純なＰＰエミッターフォロアですよね
Tr1とTr2はそれぞれシングルコレクターフォロアですから
Tr1の出力がTr3の入力なので、全体の増幅率＝Tr1の増幅率×Tr3の増幅率となります
（実際にはR3が効いてくるので増幅率は小さくなりますけど）

回答No.1

ASIMOV

ダイヤモンド回路はダーリントン接続の変形だと思います
普通、ダーリントン接続はＰＮＰ－ＰＮＰあるいはＮＰＮ－ＮＰＮとなりますが、そうすると、ベース電圧が２個分の１．２Ｖ必要になります
それで、ＰＮＰ－ＮＰＮで組み合わせることによって、０．６Ｖで動作させるというものだと思います

補足

ダーリントン接続はTrを直列につないでhfeを大きくすることができる回路ですよね。最初のTrの駆動に0.6V次のTrの駆動に0.6Vで最低1.2Vの電圧をかけないと動かないということですよね。そこまではわかるのですが、ダイヤモンド回路になると？です。正、負の入力信号のときにTr1からTr4はどう動くのでしょうか？そこらへんも詳しく教えてください。