カレントミラーの高周波でのインピーダンスについて

質問

http://tezukuri-amp.org/evo/amp/tech/current_mirror/index.htm
こちらのホームページに掲載されている高精度ウィルソンカレントミラー（2SA1015、1mA)を負荷として、
2sc1815でエミッタ接地（電圧・電流帰還バイアス）の増幅回路をブレットボード上で組みました。
エミッタ抵抗に560Ω、コレクタ-ベース間に約1MΩ、ベース-グランド間に200kΩ、カレントミラーのエミッタに100Ωです。
電源は30Vで、オーディオアンプに使用するつもりです。まだバッファはつけていません。

これを動作させてみたところ、波形は全般的に良好で、数十Hz程度の周波数では900倍に増幅されました。
しかし1000Hz,10kHz,20kHzと周波数を上げていくにつれてどんどん利得が下がっていってしまいます。
これでは使い物になりません・・・。

カレントミラーではなく抵抗を負荷とした場合はもっと高い周波数で利得が下がったため、
カレントミラーのインピーダンスが高周波において低いのではないかと思うのですが、見当はずれでしょうか？
もしそうだとすれば、解決策としてどのような方法がありますか？
また、それ以外の原因・解決策があれば教えていただけないでしょうか？

どうかよろしくお願いいたします。

回答No.1

xpopo · ベストアンサー

今日は。

＞カレントミラーではなく抵抗を負荷とした場合はもっと高い周波数で利得が下がったため、
カレントミラーのインピーダンスが高周波において低いのではないかと思うのですが、見当はずれでしょうか？

回答＞＞
　カレントミラーの出力インピーダンスは低い周波数では非常に高いです。しかし、周波数が高くなってゆくとある周波数からインピーダンスは約－６ｄB／octで減衰してゆきます。こちらに回路図とシミュレーション結果をアップしました。
　→　https://box.yahoo.co.jp/guest/viewer?sid=box-l-jt45g6kacr6hynrni2chtbtdgm-1001&uniqid=030ada5c-8384-4c32-bfe2-b2ac953b9551&viewtype=detail

図－１の下側の周波数特性でカレントミラーの出力インピーダンスはV(out)/Ic(Q3)で示されてますが、低い周波数でインピーダンスは約140dB=10^7＝10MΩと非常に大きな値を示していますが、3kHzあたりから-6dB／octで減衰しているのが分かります。

＞もしそうだとすれば、解決策としてどのような方法がありますか？
また、それ以外の原因・解決策があれば教えていただけないでしょうか？

回答＞＞
　実際の回路全体の出力の周波数特性は同図でV(out)で示した特性になります。図では出力OUT端子に負荷抵抗RLを接続して、RLの値を50kΩ、100kΩ、200kΩ、400kΩ、800kΩ、1600kΩとステップ状に変化させて周波数特性をシミュレーションしてあります。
　負荷が50kΩの時は周波数特性は300kHzあたりまで伸びてます。そこからRLが増加するにつれて周波数特性はどんどん狭くなってゆき、RLが1600kΩあたりで変化は頭打ちになります。頭打ちになる原因は初段の出力インピーダンスの値がこの値に近いためです。
　また、当然ですが、RLに50kΩという低い値を用いれば、ゲインは下がってしまいます。この場合は38dBまで下がってます。この原因はゲインGがNPNトランジスタで構成される初段増幅器のgmと負荷抵抗の積で与えられますのでRLが接続されることで負荷抵抗が減少してゲインGが減少したということになります。
　対策としては初段のgmを大きくすることです。この回路の場合、NPNトランジスタのエミッタ－GND間に抵抗R2（100Ω)が挿入されてますがこの抵抗により、gmが低く抑えられてます。図－２に抵抗R2を半分の値51Ωにした場合の特性をシミュレーションしてあります。結果として周波数特性上の帯域幅は変わらずにゲインだけアップしてるのが分かるかと思います。
　この程度の周波数特性で満足できない場合はもっと大きなgmが得られるように初段の回路を変更する必要があります。