この回路について教えてください

質問

はじめて利用させて頂きます。
http://www.karisen.gsn.ed.jp/crclm/houkoku/2002t/024t040/024ts040/com/tx.pdf
上記のサイトの7ページ目に載っているトランジスタ2個による昇圧？（５Ｖ→１２Ｖ）回路についてのことなのですが、単純にレベル変換するだけなら前段のトランジスタ１つだけでいいと思うのですが、なぜこの回路は２つトランジスタを用いてレベル変換しているのでしょうか？どうしても分からないので何卒ご教授よろしくお願いします。

回答No.5

se223

すみません。間違えてお礼を頂いたようで回答差し上げます。
回路の動き、電流の流れの理解としては良いと思います。トランジスタなのにＭＯＳＦＥＴの話なので？と思っておりましたが、後段がＭＯＳＦＥＴでしょうか？5.1ΩはＭＯＳＦＥＴのゲートにつながる発振止めということでしょうか？

反転を希望しないのでしたらプッシュプルバッファー（ＮＰＮとＰＮＰのトーテムポール）の回路でいいかと思います。
上のトランジスタをＰＮＰにそのまま換えたら両方のトランジスタがＯＮしますので電流の制限が無く壊れると思います。

ダイオードに関しては、無いと・・・入力ＨＩの時は次段のゲートをエミッタより下げるので高速にＯＦＦ（出力がＬＯになる）するでしょう。
入力ＬＯの時は、出力はＨＩへと普通に動きます。問題は、出力がＨＩの時は良いとしてＬＯに変わる時電流の抜け道が無いので出力側の回路が浮いてしまうような動作になると思います。5.1Ωの先でＧＮＤに電流が流れる回路があればその経路でＬＯになります。

補足

たびたび回答して頂き本当にありがとうございます。
何度も同じようなことを聞くなと思われるかもしれませんが、もし仮にプッシュプルバッファを使わずに無理やり、私が質問させて頂いたやり方（2つのトランジスタNPNとPNP）を使って、反転したいというような場合（効率が悪くなるだけなのかもしれませんが）前段のトランジスタ（NPN型）のコレクタと後段のトランジスタ（PNP型）のベース間に抵抗を入れて前段がONになったときに後段のトランジスタのベース・エミッタ間を調節すればできるような気もするのですがやはり私の理解不足でこんなことをしても出来ないでしょうか？
こんな下らない事ですがよろしければ教えて頂きたいと思います。

回答No.4

bogen555

> この２つのトランジスタはエミッタ接地（前段）＋コレクタ接地（後段）（エミッタフォロア）を形成しており、
> 前段のトランジスタの出力をエミッタフォロアによってバッファすることでＭＯＳＦＥＴの回路大電流が出力できるようにしている
> という理解でよろしいのでしょうか？
その通りです。
ただし、エミッタフォロワなんで、オンとゆうよりも能動状態（アクティブ）です。
出力抵抗は、電子回路の教科書によると（20k+ｈie)／ｈFEです。
ｈieの計算法も教科書に載っていますが、20kよりも小さいんで無視できます。
ｈFE=100とすれば、約200Ωですね。
提示の資料には参考文献が載っていませんが、多分この本でしょう。
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/36/36011.htm
いろんなドライブ回路が載ってますから、参考になります。

> 後段のトランジスタはpnpのトランジスタによるエミッタフォロアを使えば論理反転を避ける事は出来るでしょうか？
できません。ってゆうか出力がHブリッジだからドライブ入れ替えれば、論理反転を避ける必要はありません。
ダイオードは下側エミッタ接地と上側エミッタフォロワの出力電流を分離するためです。
ここをオープンにすると、MOSFETのゲート・チャージを放電できないから、MOSFETはオフできません。
ここをショートすると、上側エミッタフォロワはB-E間ショートで動作しません。
ここに抵抗を入れると、MOSFETのゲート・チャージを十分に放電できません。

お礼

回答して頂いただけでなく、参考文献まで紹介して頂きありがとうございます。
おかげさまでこの回路に対する理解がかなり深まりました。
今後もまた機会があれば、ご教授のほどよろしくお願いします。
本当にありがとうございました。

回答No.3

se223

470PFのスピードアップコンデンサが付いているしショットキーダイオードもあるので、高速に動かしたい回路かと思います。
入力がＨＩの場合下側のトランジスタがＯＮして5.1Ωの先は、ショットキーダイオードと5.1ΩでＧＮＤに電流を吸い込む回路になります。出力はLO（0.2V位？)になります。電流は数10mAでもＴＲ，ＤＩの許す範囲で多く流せます。（トランジスタの規格調べていません）
入力がLOの場合、下のトランジスタはOFFします。上のトランジスタは20kΩでベースに電流が流れます、ダイオードには逆電圧がかかるので上のトランジスタがONします。このとき１２Ｖから上のトランジスタ、5.1Ωを通して次段に電流を送ります。そして5.1Ωの先のレベルはHIになります。

なぜ上にトランジスタがあるかというと、ONでもOFFでも次段の回路に電流を流したいのと、高速動作をさせたいためだと思います。
先の方の記載のように、20kΩだけになります。とHI/LOで次段への出力インピーダンスが変わります。もし上のトランジスタを使いたくないのなら、20kΩを1kΩ以下位まで下げてトランジスタがOFFの時、次段に流せる電流を多くします。

この回路は昇圧回路とは言いませんで、単なる反転のレベル変換です。

お礼

お忙しいところ回答して頂きありがとうございました。
ここで少し確認というか自分の考えがあっているのかをお尋ねしたいのですが、この２つのトランジスタはエミッタ接地（前段）＋コレクタ接地（後段）（エミッタフォロア）を形成しており、前段のトランジスタの出力をエミッタフォロアによってバッファすることでＭＯＳＦＥＴの回路大電流が出力できるようにしているという理解でよろしいのでしょうか？
又、後段のトランジスタはpnpのトランジスタによるエミッタフォロアを使えば論理反転を避ける事は出来るでしょうか？
又、ダイオードがなくてもトランジスタはオンすることができると思うのですが違うでしょうか（ダイオードはなんの為についているのか）？
回答して頂いたのに質問ばかりで申し訳ないのですが、何卒ご教授の方よろしくお願いします。

補足

すいません。間違えてお礼欄に投稿してしまいました。
お忙しいところ回答して頂きありがとうございました。
ここで少し確認というか自分の考えがあっているのかをお尋ねしたいのですが、この２つのトランジスタはエミッタ接地（前段）＋コレクタ接地（後段）（エミッタフォロア）を形成しており、前段のトランジスタの出力をエミッタフォロアによってバッファすることでＭＯＳＦＥＴの回路大電流が出力できるようにしているという理解でよろしいのでしょうか？
又、後段のトランジスタはpnpのトランジスタによるエミッタフォロアを使えば論理反転を避ける事は出来るでしょうか？
又、ダイオードがなくてもトランジスタはオンすることができると思うのですが違うでしょうか（ダイオードはなんの為についているのか）？
回答して頂いたのに質問ばかりで申し訳ないのですが、何卒ご教授の方よろしくお願いします。

回答No.2

bogen555

これはよく使われている回路で、上側のトランジスタとダイオードがないときは、出力がHi（MOSFETをオンさせる）になったときのインピーダンスが20kΩと非常に高く、MOSFETの入力容量との関係で立ち上がり時間が非常に長くなって、回路がまじめに動かないからです。
出力がLo（MOSFETをオフさせる）になったときのインピーダンスは下側のトランジスタのオン抵抗とダイオードのオン抵抗、5.1Ωの直列ですから、非常に小さいです。
MOSFETの高速ドライブのためには、トランジスタ３個を使って、20kΩとコレクタの接続点にコンプリメンタリ・エミッタフォロワとする回路もよく使われます。

お礼

回答ありがとうございます。
上段のトランジスタはＦＥＴの駆動を早くするためのドライバの役割をしているんだということが分かりました。

補足

ここで少し確認というか自分の考えがあっているのかをお尋ねしたいのですが、この２つのトランジスタはエミッタ接地（前段）＋コレクタ接地（後段）（エミッタフォロア）を形成しており、前段のトランジスタの出力をエミッタフォロアによってバッファすることでＭＯＳＦＥＴの回路大電流が出力できるようにしているという理解でよろしいのでしょうか？
又、後段のトランジスタはpnpのトランジスタによるエミッタフォロアを使えば論理反転を避ける事は出来るでしょうか？

回答No.1

Gletscher

出力インピーダンスを下げて出力電力を増やしたいのじゃないですか？
ただ、ちょっと変な回路ですね。
信号極性は逆になるけどいいのかな？

お礼

お忙しい所、わざわざ回答して頂きありがとうございました。