回路シミュレーション LTspice の使い方(6) 「プッシュ・プル回路」 クロスオーバー歪みの対応

概要

プッシュ・プル回路のクロスオーバー歪みの対応

はじめに

前回「回路シミュレーション LTspice の使い方(5) プッシュ・プル回路」
http://qiita.com/exabugs/items/a211553614b3a0f22f6b
では、「入力インピーダンスの低い負荷をドライブする」回路を作成しました。
しかし実は、0V近辺で「クロスオーバー歪み」が発生していることがわかりました。
今回は、その歪み解消に挑戦します。
(「トランジスタ技術 2016年 4月号」を参考にしました。)

改良前

前回作成した、コンプリメンタリなトランジスタ２個を使った「プッシュ・プル」回路

0V近辺でクロスオーバー歪みが発生している様子

拡大図 (0V近辺)

改良後

• ダイオードを使ってバイアス回路を追加すると、0v近辺でトランジスタQ1,Q2が滑らかに切り替わる。
  

クロスオーバー歪みが解消した様子

拡大図 (0V近辺)

フーリエ変換

改良前

改良後

電流

オペアンプの出力電流と、トランジスタのベース電流は、以下の様子。

改良前

改良後

オペアンプの出力電流は、改良前より多く必要になる。

考察

• 入力信号とトランジスタのベース電圧を比較すると、±0.7Vのバイアスがかかっている。
• それによって、0V付近でも、どちらかのトランジスタを稼働させることができる。

拡大図

おわりに

• ダイオードと抵抗を足すだけで、気持ち悪いクロスオーバー歪みをスカッと解消することが出来ました。
• アナログ回路の世界では、きっと、お約束なんだろう。こういった定石の回路を覚えていく必要があると思いました。

付録

今回使用しているトランジスタの、LTspiceデータは以下となります。

「回路シミュレーション LTspice の使い方(2) 部品の追加」
http://qiita.com/exabugs/items/5bfb3a575ce05bb6cbde

*Low Noise Amp PC=0.4W Ic=0.15A Vcbo=60V Complementary 2SA1015
.model 2SC1815 NPN(Is=2.04E-15 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=300 Ne=1.5 Ise=0
+ Vceo=50 Icrating=150m mfg=TOSHIBA
+ Ikf=200m Xtb=1.5 Br=3.377 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=1p Mjc=.3333
+ Vjc=.75 Fc=.5 Cje=25p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=450n Tf=20n Itf=0 Vtf=0 Xtf=0)

*Low Noise Amp PC=0.4W Ic=0.15A Vcbo=50V Complementary 2SC1815
.model 2SA1015 PNP(Is=295.1E-18 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=300 Ne=1.5 Ise=0
+ Vceo=50 Icrating=150m mfg=TOSHIBA
+ Ikf=200m Xtb=1.5 Br=10.45 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=15 Cjc=66.2p
+ Mjc=1.054 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=5p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=10n Tf=1.661n Itf=0 Vtf=0 Xtf=0)

Vb-Ib 特性

項目	2SC1815	2SA1015	内容	単位	デフォルト
Is	2.04E-15	295.1E-18	伝達飽和電流	A	1.00E-16
Eg	1.11	1.11	バンドギャップバリア電位	eV	1.11
Xti	3	3	IS温度効果べき乗指数	-	3

hfe 特性

順方向

項目	2SC1815	2SA1015	内容	単位	デフォルト
Vaf	100	100	順方向アーリー電圧	V	∞
Bf	300	300	順方向理想最大増幅率	-	100
Ikf	200m	200m	順方向高電流域のロールオフポイント	A	∞
Ise	0	0	B-E間漏れ電流飽和電流	A	0
Nr			順方向電流放出係数	-	1
Ne	1.5	1.5	B-E間漏れ電流放出係数	-	1.5

逆方向

項目	2SC1815	2SA1015	内容	単位	デフォルト
Var			逆方向アーリー電圧	V	∞
Br	3.377	10.45	逆方向理想最大増幅率	-	1
Ikr	0	0	逆方向高電流域のロールオフポイント	A	∞
Isc	0	0	B-C間漏れ電流飽和電流	A	0
Nr			逆方向電流放出係数	-	1
Nc	2	2	B-C間漏れ電流放出係数	-	2

電極間容量 特性

項目	2SC1815	2SA1015	内容	単位	デフォルト
Cjc	1p	66.2p	B-C間-バイアス時P-N接合容量	F	0
Mjc	.3333	1.054	B-C間P-N接合勾配係数	-	0.33
Vjc	.75	.75	B-C間ビルトイン(基底)電圧	V	0.75
Cje	25p	5p	B-E間-バイアス時P-N接合容量	F	0
Mje	.3333	.3333	B-E間P-N接合勾配係数	-	0.33
Vje	.75	.75	B-E間ビルトイン(基底)電圧	V	0.75

スイッチング 特性

項目	2SC1815	2SA1015	内容	単位	デフォルト
Tr	450n	10n	逆方向理想通過時間	Sec	0
Tf	20n	1.661n	順方向理想通過時間	Sec	0

その他 特性

項目	2SC1815	2SA1015	内容	単位	デフォルト
Vceo	50	50
Icrating	150m	150m
mfg	TOSHIBA	TOSHIBA
Xtb	1.5	1.5	BF-BR温度係数	-	0
Rc	1	15	コレクタのオーミック抵抗	Ω	0
Fc	.5	.5	順バイアス時の空乏層容量係数	-	0.5
Itf	0	0	通過時間のIc依存性	A	0
Vtf	0	0	通過時間のVb依存性	V	∞
Xtf	0	0	通過時間バイアス依存係数	-	0

参考：
http://www.ms1.mctv.ne.jp/sifoen.project/SPICE/Spice-Menu.htm
http://www.ms1.mctv.ne.jp/sifoen.project/SPICE/Spice-Doc/(BJT)Spice%20Parameter.pdf