ミューティング回路でのトランジスタの逆接続

質問

アナログ回路の素人です。おしゃべりするおもちゃを作ってちゃんと動く
のですが、原理がわからないことがあり、ここに書きました。
よろしくお願いします。
（内容）
ミューティング用にトランジスタ（ＮＰＮ）をマイコンからｏｎ／ｏｆｆさせて、
音声ボリュームの後ろでさらにプルダウンするかしないかでゲインを２段階に変えています。
ここで、エミッタを接地して使っていたら、ポップノイズが大きく、たまたま
見た本にコレクタとエミッタを逆で使っている回路があったので、そうしたら、
ポップノイズは小さくなりました。今の所、トランジスタは壊れず、動いています。なぜポップノイズが小さくなるのでしょうか？また、こんな使い方をしていてデメリットは無いのでしょうか？

回答No.8

pen2san · ベストアンサー

再びpen2sanです。
まず、ご質問のポップス・ノイズはどの時点で発生しているノイズですか？

１）音声IC電源投入時に発生するノイズ
２）ミュート開放時に発生っするノイズ

通常（１）で発生するノイズは０－５V間（回路中にCが入っているとマイナス数Vから電源電圧を超えるプラス数V）の過渡電圧が発生し、それがポップスノイズとなります。　
また、（２）の場合は音声の状態、つまり音声波形のピーク（この場合は５V)でミュートが開放されるかボトム（この場合は０V)で開放されるかによりノイズの量が異なります。
ミュート開放時のノイズを減らすにはTrのベースとグランド間にCを入れ、CRの時定数によりミュート開放時の立ち上がりを鈍らすことにより高域成分を少なくする事ができ、耳に届く不快成分を少なくする事ができます。
通常、ミュート回路は音声回路が安定した後開放します。

推測ですが、asdfghさんが困っておられるポップスノイズは（１）の現象で、anisolさんが指摘されているノイズは（２）のケースの事を述べておられるのではないかと想像します。いかがですか？

補足の「エミッタからコレクタへ電流が流れるか」と言うご質問ですが、Tr単体のエミッタ、コレクタはメーカーが指定した物で、TrがNPN構成と考えた場合どちらのNがコレクタで反対側のNがエミッタであってもNPN構造であることに違いはありません。
よって、エミッタからコレクタに電流が流れている様に見えても、Trとしては正電圧がかかっている方をコレクタ、電流が流れ出す方をエミッタと理解して動作していると考えれば理解できると思います。　エミッタとコレクタを逆に使用した場合hfeが小さくなるためそれを狙ってわざとCとEを逆に使用する場合があります。

お礼

回答ありがとうございました。

おっしゃるとおり、「１）音声IC電源投入時に発生するノイズ 」
がまるで違います。本来ならば音声ＩＣを常にスタンバイさせて、（２．５Ｖ出力させて）おけばいいのでしょうが、発音後どうしても０Ｖになってしまうんです。
（音声ＩＣがスリープ移行している？）

ミューティング時のノイズ対策も教えて頂き、本当にありがとうございました。

まとめレスで申し訳ありませんが、ご回答、ご助言いただきましたみなさまに感謝いたします。

回答No.7

ikkyu3

Ｎｏ．１、Ｎｏ．４のものです。一挙解決と思ったのですが、どうも度々ですみません。
このＩＣは、補足から推定しますと片電源用で内部の位相反転回路で信号の中性点を作り出しているもののようですね。
そうしますとＮｏ．３の方の指摘とＮｏ．６の方の「ちょっと待った」の通りかも知れません。
何も手に無いので確かめるすべがありませんが、できましたら、追加のご意見、情報などを希望いたします。

回答No.6

anisol

ちょっと待っていただけますか。
ポップノイズの原因は、直流バイアス2.5Vがミュート時にほぼ0V（Vce(sat)）に急激に変化して起こるものと思います。すると逆接でVce(sat)が低下しても、ポップノイズにあまり変化はないのではないでしょうか。私は逆接すると出力のDC成分がミュート時にも中点電位2.5Vになるためではと思い、簡単な実験をしてみましたが、結果は私の考えを裏付けるものでした。

私自身まだうまく説明できないのですが、とりあえず報告しておきます。

回答No.5

noname#2748

本来ここに投稿するべきもので無いのでしょうが、あまりにもみごとに解決されたので、さすがは専門家ですね。ちょっと思いつきませんでした。

回答No.4

ikkyu3

No.1のものです。補足ありがとうございました。
読んでいる間に，ｐｅｎ２ｓａｎさんの回答がきました。すべて解決ですね。
音声ＩＣ出力２．５ＶとありますのでＶｅｂｏは、問題ないですね。
飽和電圧が小さいということは、スイッチとして使用するときは、条件が許せば、電圧降下が小さく有利だと言うことですね。
あとは、マイコンの電圧５Ｖによるベース電流だけですが、しっかりベース抵抗が入っているので、これも大丈夫ですね。

私もマイコンで色々遊びましたが、パソコンをはじめて買ったときは、拡張スロットにＩ/Ｏボードを挿して、いろいろコントロールしたくて買いました。

回答No.3

noname#2748

回路図が無いのであくまでも推測ですが、その回路の入力は差動入力で電源のグランドレベルと信号のグランドレベルが同一ではないなどということは無いでしょうか？それならば説明が付くかも知れません？

回答No.2

pen2san

NPN TrのE側の不純物濃度とC側の不純物濃度が異なります。一般に、EとCを逆に使用しますとVces（飽和電圧）が下がります。その分ポップスノイズが低くなる訳です。
注意する事は一般の（エピタキシャル・プレーナー等）TrのVeboは５V前後なので使用電圧をそれ以下にする必要がありますが通常の音声回路（ポップスノイズ除去回路）ではピークでも２V以下でしょうから問題ありません。　また、ご使用の回路が不明ですがポップスノイズがプラス側とマイナス側に発生するのであればNPN,PNP両方のTrを使用するとポップスノイズ低下に効果があります。

結構、市販のステレオアンプやICでも逆接続で使っていますよ。（元オーディオアンプ設計技術者）

回答No.1

ikkyu3

完全回答ではなくすみません。
一般論ですが、トランジスタは、３端子なので、エミッタ、コレクタ、ベースのいずれを接地することも、いずれを出力にすることも性質は変わりますが、ありえます。
この場合、前後の回路のデータがわかりませんので、なんともいえませんが、コレクタとベースが入力だとしますと出力をＯＮするためより多くの入力を必要とするはずです。ですので、入力が違うかもしれません。
ポップノイズが小さくなるのは、いずれにしてもマイコンからの信号で信号レベルをダウンされから、ということは、トランジスタの出力がＯＮになったはずですが。
基本的には、使用条件がそのトランジスタの最大定格Ｖｃｂｏ、Ｖｅｂｏ、Ｉｃ、Ｐｃ、などを超えなければ、デメリット、ダメージは無いと思います。規格表の値と実際の値を見比べてください。
以下は、面倒でなく、どれか分るでしょうか。
もし分れば、さらに具体的な検討が可能かも知れません。回路図が見えないのが残念ですが。
マイコンのＯＵＴＰＵＴ（Ｉ／Ｏボード）どのようになっていますか。オープンコレクタか、極性は、電圧は？その他？
音声ボリュームの後には、プルダウン用抵抗がありますね。その値は？
音声ボリュームは、メカ式でしょうか、石でしょうか。
トランジスタを接続したところの端子電圧、インピーダンス、極性は？
その他

補足

コメントありがとうございます。
マイコンは出力ポートを、通常０Ｖ出力、トランジスタをｏｎさせるときは
５Ｖを出力します。このポートはベース抵抗を介して、トランジスタのベースにつないでいます。
一方、音声ラインですが、音声ＩＣ出力は２．５Ｖを中心として０－５Ｖの両振幅の波形です。この後ろを　メカ式の１００ｋオームのボリュームでプルダウンして
（たとえばボリュームを中心に合わせると、５０ｋ、５０ｋの分圧）そのあとで
５０ｋの抵抗をトランジスタのエミッタにつなぎ、コレクタをＧＮＤにつないでいます。　これだとポップノイズが少なくて、
５０ｋの抵抗をトランジスタのコレクタにつなぎ、エミッタをＧＮＤにつなぐと、
ポップノイズが大きいんです。

私、ＬＥＤを点灯させる回路は遊びで作ったりするんですが、普通はベースに
電流を流すと、コレクタからエミッタに電流が流れるんですよね。（ＮＰＮ）
トランジスタのスイッチ動作って、エミッタからコレクタに流れることもあるのでしょうか？でも、動いているし、、、、、不思議。