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
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