増幅回路について

質問

エミッタ接地の増幅回路で、
入力電圧（交流）を大きくしていくと、
出力電圧の波形が大きくなり、やがて波形の上側、下側歪みますが、
この歪みについて質問です。
片方の歪みは、電流がトランジスタを通る際に、
逆方向電流が通らないことから生じると思うのですが、
なぜ両側に歪みが生じるのでしょうか？
また、この歪みの上限は、
入力電圧を大きくしていくと下がりますが、
上限が下がるのはなにを意味するのでしょうか？

回答No.3

ikkyu3 · ベストアンサー

エミッター接地の増幅器は、基本的に直流増幅器ですね。
ベース入力側から検討します。交流の入力を入れると言ってもグランドよりもマイナスの電圧は入れられませんから、交流信号の中性点をグランドレベルよりプラス側にバイアスしていますね。この中性点を中心に交流入力を大きくしていくと、あるレベルで交流の負側がグランドレベルになりますね。これ以上のマイナスはありませんから、これが入力側の限界でこれ以上は、歪みます。
次に出力側も交流の電源があるわけでなく、直流の一定電圧電源があって、この電圧から、交流を出す為に出力に出したくない電圧をトランジスタのコレクタ・エミッタ間に負担させているわけです。
直流電源電圧を２本の水平な平行線で示し、その２線の間に交流の出力波形を書いてみて、その波形の上側を斜線で塗りつぶしてみてください。
その斜線部分が電源電圧がトランジスタに食われる部分です。
イメージできませんでしょうか。
従って直流電源は、交流の最大振幅（＋側－側の合計）以上の電圧が必要です。
ちょっと自己満足の説明ですが、どうでしょうか。

お礼

回答ありがとうございます。つまり、上限、下限ともに原理は同じで、入力と出力で向きが変わるために、両側に歪みができるということでしょうか。見なおしてみます。ありがとうございました。

補足

歪みの原理についてはだいたい分かったのですが、
さらに入力（交流）をあげると、出力の波形の歪みの限界が下がって出てくる理由が分かりません。イメージ的には、出力が歪むことにより入力に影響が出て、入力のグランドレベルが変わるからかなと思っているのですが…。もしよろしければその辺りについてお聞きしたいと思います。どなたでもかまいません。おねがいします。

回答No.4

ymmasayan

＞　片方の歪みは、電流がトランジスタを通る際に、逆方向電流が通らないことから生じると思うのですが。

逆方向になるのを防ぐために、入力ゼロの時の動作点を前もってずらしておきます。これをバイアスと言います。電源電圧２０ボルトなら入力ゼロのとき、コレクタ電圧が１０ボルト程度になるように回路定数を調整するわけです。
入力がプラスのときコレクタ電圧は下がり、マイナスのときコレクタ電圧は上がります。
(1)コレクタ電圧が０又は２０ボルトを超えるような過大入力をいれると頭打ちによる歪が出ます。
(2)越えない場合でも、特性曲線のゆがみ（非直線性）によっても歪が起きます。
　上下の波の大きさが違ったりします。

＞　上限、下限ともに原理は同じで、入力と出力で向きが変わるために、両側に歪みができるということでしょうか。

上記の通りです。

＞　出力が歪むことにより入力に影響が出て、入力のグランドレベルが変わるからかなと思っているのですが…。

バイアスの掛け方によってはそういうことが起こりえます。
エミッタに抵抗とコンデンサを入れる「セルフバイアス」方式の場合、コンデンサの容量が小さすぎると負帰還が起こり、増幅率が下がるなどと言うことが起こります。

トランジスタ名、バイアス方式、回路定数、電源電圧、周波数など具体的に書かれると、専門家の的確なアドバイスが受けられると思いますが。

お礼

＜トランジスタ名、バイアス方式、回路定数、電源電圧、周波数など具体的に書かれると、専門家の的確なアドバイスが受けられると思いますが。

これはレポートなので、そこまでは自粛したいとおもいます（＾＾；
参考になりましたので、再考してみたいと思います。ありがとうございました。

回答No.2

noname#2748

単純に電源電圧の問題ではないでしょうか？出力が電源電圧近くになるとそれ以上高い電圧を出力できなくなりますから、当然それ以上入力を大きくしても出力に変化はおきません。大振幅の出力を得るためには最大振幅電圧より高い電源電圧が必要です。

お礼

出力と電源電圧についてもう少し考えてみます。参考になりました、ありがとうございます。

回答No.1

noname#21649

前半だけ
たしか．あ型増幅器の場合に．左右対称になるように設計します。
すると．エミッター側の制限が現れる頃には．コレクター側も飽和してしまうことになります。
結果的に．両側が飽和してしまいます。

お礼

エミッター側とコレクター側を考慮するのですね。参考になりました。