負帰還制御について

質問

負帰還制御は電圧と電流の2種類がありますが、前者をエラーアンプ後者の場合エラーアンプはgmアンプとなる。
ここまで合っていますでしょうか？

さらに、両方とも形は同じ、フィードバックは抵抗分割によると思うのですが、はたしてどこが違うのでしょうか？
メリット、デメリットを書いて下さると助かります。あまりここの所を書いてある記事、本がないのでお願いします。

また電流モードの場合は位相が90度しか回らないのはなぜですか？出力にLCがあってもです。電圧モードの場合は
180度遅れると思います。

回答No.1

xpopo · ベストアンサー

＞負帰還制御は電圧と電流の2種類がありますが、前者をエラーアンプ後者の場合エラーアンプは
＞gmアンプとなる。
＞ここまで合っていますでしょうか？

「負帰還制御は」これは負帰還制御アンプと言い換えるべきです。
「電圧帰還」も「電流帰還」も両方とも入力部で入力と帰還信号を比較しその誤差を増幅しますので両方ともにエラーアンプ（誤差アンプ）です。
　電圧帰還の場合はアンプ（エラーアンプ）は入力が電圧[V]で出力も電圧［V］ですので単なる電圧増幅アンプになります。
　電流帰還の場合はアンプ（エラーアンプ）は入力が電流［A］で出力は電圧［V］ですので、電流を電圧に変換するアンプになります。アンプとしての単位は［V］／［A］となりますので、これは抵抗［Ω］です。ｇｍ［A／V］ではありません。そのため、電流帰還タイプのアンプはトランス・インピーダンス・アンプとも呼ばれています。また、入力の電流で出力の電圧を制御しますので電流制御電圧源（CCVS）とも呼ばれることがあります。

＞さらに、両方とも形は同じ、フィードバックは抵抗分割によると思うのですが、はたしてどこが
＞違うのでしょうか？
＞メリット、デメリットを書いて下さると助かります。あまりここの所を書いてある記事、本がない
＞のでお願いします。

　両方とも外見は同じような三角形のシンボルで表されますが、内部回路の構造が大きく異なります。下記サイトにある最初のページの回路図が電流帰還アンプの内部等価回路の典型的な一例です。電圧帰還アンプの場合との大きな違いは入力が電圧では無く電流である事です。

　→　　http://www7b.biglobe.ne.jp/~kochan/workshop/analog/norton.htm

差動入力の一方、反転入力に流れ込む電流を　I-IN、非反転入力に流れ込む電流を　I+IN　とすると、Q2のベース電流　IB(Q2)　は　IB(Q2)　＝　（I-IN）　－　（I+IN)　
になります。（これはトランジスタQ1とQ2でカレントミラー回路を構成しているためにそうなります。）
　そしてそのQ2のベース電流はQ2のｈFEで電流増幅されてQ2コレクタ電流になります。Q2のコレクタには電流源が電源から接続されていますので、Q2のコレクタでは電圧に変換されます。また、その電圧変換ゲインは電流源の等価抵抗が非常に大きい（数100ｋΩ～数MΩのオーダー）のでQ2による電流－電圧変換ゲインは非常に大きくなります。そして次にトランジスタQ3のエミッタフォロワーで出力されます。

次に電流帰還アンプのメリットは>>
　電圧帰還アンプの場合は動的な性能は利得帯域幅とスルーレートで制限されますが電流帰還アンプの場合は内部の動作が電流モードであるために内部での周波数特性を悪化させるポールが少ないために最大動作周波数近くまで高いゲインが維持されます。そのため、電圧帰還アンプに比べて高速で広い周波数特性が実現できます。

電流帰還アンプのデメリットは>>
　１）入力オフセット電圧が大きい。
　２）入力バイアス電流が大きい。
　３）DCオープンゲインが小さい。（電圧帰還アンプより１桁以上低い）
　４）ノイズ性能が悪い。（帯域が広くなる代償として）
　５）発振しやすい。（出力と反転入力間に静電容量があると発振しやすくなる。）

＞また電流モードの場合は位相が90度しか回らないのはなぜですか？出力にLCがあってもです。
＞電圧モードの場合は180度遅れると思います。

　電流帰還アンプの内部回路では位相補償コンデンサCsがトランジスタQ3のベースとGND間に接続されてます。このCsでできるポール周波数に対して、回路内に発生するポールは全てCsにより発生するポールより少なくとも４桁以上高い周波数になるため、位相遅れの要因が１つのポールだけになるので90度しか回らないということになります。
　電圧モードの場合ですが、十分最適な内部位相補償が施されている場合は、同じように、その内部位相補償によるポールが支配的になり位相の遅れは９０度で収まります。ゲインが０ｄB以上での話です。しかし、大概はアンプ内部で発生するポールが無視できません。オープンゲインが０ｄB近くになる周波数に近い周波数に第2のポールがある場合にそのポールにより更に位相の遅れが発生して９０度を越える位相遅れになるケースが多いです。
　１８０度遅れている場合は全帰還の場合に確実に発振してしまいます。位相補償が内蔵されていないアンプではそういうケースもあります。

お礼

お礼が遅れて大変申し訳ありません。アンプ自体の構造が違うのがわかりました。また90度しか遅れない理由は文面上はわかるのですが、構造の方をもっと理解しないといけませんね。もう一度勉強してみたいと思います。
すごく詳細に教えていただきありがとうございます。
自分でももっと勉強して、理解できるように頑張ります。
ありがとうございました。