差動増幅回路

質問

トランジスタを使った差動増幅回路について、２つの入力v1,v2が両方とも交流の時には、v1=v2、v1=-v2の両方の場合についてテキストに説明が書いてあるのですが、もし同じ回路において、v1=0.5[V]（AC)、v2=0.5[V](または-0.5[V])(DC)を入力したとすれば、この回路の特性はどのように変わるのですか？

この回路の回路図は、http://www-nh.scphys.kyoto-u.ac.jp/~enyo/kougi/elec/node28.htmlの左側の図で、Input(-)がv1でInput(+)がv2とした場合ということです。

回答No.3

mmky · ベストアンサー

回答はすでにありますが参考程度に少し詳しくね。

左の作動アンプについては、電位式を考えるといいんですね。トランジスターのエミッタ-電位は共通ですから。ベースエッミター間電圧をそれぞれ、Vbe1, Vbe2としますと、V1-Vbe1＝V2-Vbe2　という恒等式が成り立ちますね。
Vbe1-Vbe2=V1-V2,　V1=E1+ΔE1, V2=E2+ΔE2
E1, E2は直流成分、ΔE1、ΔE2は交流成分としますと、
E1=E2　の場合、
Vbe1-Vbe2=ΔE1-ΔE2, ---（1）
交流分の差のみになりますね。
直流分に差がありますと、
E1≠E1, Vbe1-Vbe2=(E1-E2)+(ΔE1-ΔE2)　--（2）
ですね。
一方、ベースエミッター間の電流電圧特性は、
Ie=Io*e＾q(Vbe-Vth)/kT
だから log(Ie/Io)=(q/kT)(Vbe-Vth)
Vbe=(kT/q)log(Ie/Io)+Vth
これを使えば、おのおののエミッター電流Ie1, Ie2 と
の関係式が作れますね。
Vbe1=(kT/q)log(Ie1/Io)+Vth
Vbe2=(kT/q)log(Ie2/Io)+Vth
つまり
Vbe1-Vbe2=(kT/q)log(Ie1/Ie2)
(Ie1/Ie2)=e＾(q/kT)(Vbe1-Vbe2)　--（3）
で電流が求まります。コレクター電流はほぼエミッター電流に等しいですから同じですね。
(3)に(1), (2)を代入すると作動アンプの出力電流比がでますね。
どちらかの直流電位をゼロにするとエクスポネンシャルで変化するので差動にはなりませんね。どちらかが生きているだけですね。
直流電位差があれば同時に増幅されるということですね。ベースの直流電位を同じにしておけば電位変化の差分のみが増幅されるということですね。左側のモデルはあまりに変化が大きい（利得が大きい）ので右側のようにお互いのエッミター間に抵抗を入れて変化（利得）を抑えているんですね。
だから、差動アンプでは直流も交流も同時に考慮しないといけないんですね。
こういうやり方も覚えておくと便利ですね。

回答No.2

ymmasayan

No.1のymmasayanです。補足にお答えします。

＞つまり直流が増幅された電位を基準に、増幅された振幅の正弦波が出るということですよね。

その通りです。

＞はじめの交流２つの話で、正弦波信号にもし直流成分が含まれていた場合もそうなるのですか？

その通りです。Ｖ１の直流分とＶ２の直流分の差が増幅されて出力の直流分になります。
教科書の例では直流分ゼロとしていたのでしょう。

回答No.1

ymmasayan

質問の件については、交流分と直流分に分けて考えます。
交流分はそのまま増幅されて出力に出ます。
直流分も増幅されそれによって交流の振幅の中心線が上がり（または下がり）ます。

補足

つまり直流が増幅された電位を基準に、増幅された振幅の正弦波が出るということですよね。

はじめの交流２つの話で、正弦波信号にもし直流成分が含まれていた場合もそうなるのですか？