電流増幅回路について

質問

こんにちは
電子回路初心者です。
参考書、ホームページなどを参考にして
方形波信号の増幅回路をLT spiceで設計して、実験で確認をしておりますが、
以下の課題が発生しております。

原因と対策についてご教示いただけると助かります。

【回路の構成】
・入力信号：方形波（１Vp-0）
・増幅率１５倍の電圧増幅回路に通す。
　→この時点で電圧は13.8Vまで増幅
・インピーダンス変換回路に通す
　→この時点で電圧は１３V程度となる　
・電流増幅回路につなげる
　→負荷抵抗（３．５Ω）につなげると電圧は５V程度。
　　（添付画像には未記載ですが負荷電流値は１．３A程度）

詳細は添付画像ご確認お願いします。

【課題】
添付のグラフのとおり、負荷抵抗3.5Ωにかかる電圧が５Vp-0までしか上がらない。
１３Vp-0まで上げたい。

電源電圧１５Vをつなげているので、負荷にも１５Vかかると単純に考えるのは
間違っておりますでしょうか？

シミュレーションおよび実機にて電源電圧を１５Vよりも大きくしていくと
負荷にかかる電圧も上がっていくことは確認しておりますが、
実機制約上、１５Vよりも電源を大きくとることは難しいです。

「電源補助のコンデンサをこの場所に実装すればよい」などの解決策が
ありましたらご教示いただけますようお願いいたします。

回答No.1

m_and_dmp

Vout2が13V になったとき、Vout３ が13V としましょう。
Q1 のエミッター電圧は約13V,
Q１ のベース電圧はエミッタ電圧より約0.7V 高い13.7V、
すると、R8にかかる電圧は15V-13.7V=1.3V、
すると、ベース電流(R8 に流れる電流は)、1.3V/1kΩ = 1.3mA
Q１のHFE が100として、出力電流(=エミッタ電流≒コレクタ電流)は130mA になります。(130mA まで流せる。)
よって、負荷抵抗3.5Ωでは、ドライブ能力が不足し、電圧が下がります。
現状が5Vというのは妥当な値です。

出力電圧=13V にて、出力電流は13V/3.5Ω=3.7A (3700mA)ですからベース電流を3700mA/HFE = 3700mA/100 = 37mA 流してやらなければなりません。よって、R8 およびR9 の値を46Ωにしなければなりません。
HFE が100より大きければ、ベース電流が37mA より小さくて済みますのでR8, R9 の値は46Ωより大きくなります。
※出力電圧はマイナスには振れないので、R9 の値は必ずしも小さくしなくてもよいと思います。

とりあえず、R8, R9 の値を小さくしてどうなるか見てください。
どうしても出力電圧が上がらないなら、
Q1, Q2 にHFEが大きいダーリントントランジスタを使うか、Q1とQ2 の前段にトランジスタを1個ずつ増やして、ダーリントン接続にしてHFE を大きくするのが良いと思います。