コレクタ接地増幅器

次に検討するトランジスタ構成は、ゲイン計算が少し簡単です。コモンコレクタ構成と呼ばれるその概略図を次の図に示します。

コレクタ接地アンプには、入力と出力の両方に共通のコレクタがあります。

下の図のように、信号源と負荷の両方が共通の接続ポイントとしてコレクタリードを共有するため、これは共通コレクタ構成と呼ばれます。

共通コレクター：入力はベースとコレクターに適用されます。出力はエミッタ-コレクタ回路からです。

コレクタ接地増幅器回路の負荷抵抗は、エミッタと直列に配置されて、ベース電流とコレクタ電流の両方を受け取ることは明らかです。トランジスタのエミッタリードは最も多くの電流を処理するものであるため（ベース電流とコレクタ電流の合計、ベース電流とコレクタ電流は常に噛み合ってエミッタ電流を形成するため）、このアンプは非常に大きな電流利得。この推定は確かに正しいです。コレクタ接地アンプの電流ゲインは非常に大きく、他のトランジスタアンプ構成よりも大きくなっています 。ただし、これが他のアンプ設計との違いであるとは限りません。

サンプルSPICEモデル

すぐにこのアンプ回路のSPICE分析に進みましょう。そうすれば、このアンプのユニークな点をすぐに確認できます。ネットリストは下の図にあります。

SPICEのコレクタ接地アンプ。

コレクタ接地アンプ vin 1 0 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .dc vin 0 5 0.2 .plot dc v（3,0） 。終わり 

共通コレクタ：出力は入力から0.7 VVを引いたものに等しい BE ドロップ。

前のセクションのエミッタ接地増幅器とは異なり、コレクタ接地は出力電圧を直接生成します。 逆ではなく 入力電圧の上昇に比例します。

入力電圧が増加すると、出力電圧も増加します。さらに、綿密な調査により、出力電圧がほぼ同一であることがわかります。 入力電圧に対して、約0.7ボルト遅れています。

これは、コレクタ接地アンプの独自の品質です。出力電圧は入力電圧とほぼ同じです 。出力電圧の観点から検討変化 与えられた入力電圧の量に対して変化 、このアンプの電圧ゲインはほぼ1（1）、つまり0dBです。これは、任意のβ値のトランジスタ、および任意の抵抗値の負荷抵抗に当てはまります。

ダイオード電流源トランジスタモデル

コレクタ接地増幅器の出力電圧が常に入力電圧にほぼ等しい理由を理解するのは簡単です。下の図のダイオード電流源トランジスタモデルを参照すると、ベース電流はベース-エミッタPN接合を通過する必要があることがわかります。これは、通常の整流ダイオードと同等です。

この接合部が順方向にバイアスされている場合（トランジスタがアクティブモードまたは飽和モードのいずれかで電流を伝導している場合）、シリコン構造を想定すると、約0.7ボルトの電圧降下が発生します。この0.7ボルトの降下は、ベース電流の実際の大きさにほとんど関係ありません。したがって、それは一定であると見なすことができます：

エミッタフォロワ：エミッタ電圧はベース電圧に従います（0.7 V VBE降下を差し引いたもの）

ベース-エミッターPN接合と負荷抵抗の両端の電圧極性を考えると、これらは必須であることがわかります。 キルヒホッフの電圧法則に従って、入力電圧と等しくなるように合計します。

言い換えると、負荷電圧は、トランジスタが導通しているすべての条件で、入力電圧よりも常に約0.7ボルト低くなります。カットオフは0.7ボルト未満の入力電圧で発生し、バッテリー（電源）電圧に0.7ボルトを加えた入力電圧で飽和します。

この動作のため、コレクタ接地増幅器回路はとしても知られています。 電圧フォロワー または エミッタフォロワ アンプ、エミッタの負荷電圧が入力に非常に密接に追従するため。

コモンコレクタ回路をAC信号の増幅に適用するには、エミッタ接地回路で使用されるのと同じ入力「バイアス」が必要です。サイクル全体でトランジスタをアクティブモードに保つには、AC入力信号にDC電圧を追加する必要があります。 。これが行われると、結果は下の図の非反転増幅器になります。

コレクタ接地アンプ vin 1 4 sin（0 1.5 2000 0 0） vbias 4 0 dc 2.3 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .tran .02m .78m .plot tran v（1,0）v（3,0） 。終わり 

コレクタ接地（エミッタフォロワ）アンプ。

次の図のSPICEシミュレーションの結果は、出力が入力に従うことを示しています。出力は、入力と同じピークツーピーク振幅です。ただし、DCレベルは1VBEダイオードドロップだけ下にシフトします。

共通コレクター（エミッターフォロワー）：出力V（3）は、入力V（1）から0.7 VVBEドロップを引いたものに従います。

これは、いくつかの関心のあるポイントに接続されたオシロスコープを備えた回路の別のビュー（下の図）です。

コレクタ接地の非反転電圧ゲインは1に非常に近いです。

このアンプ構成は電圧ゲインを提供しないため（実際には、わずかに少ないの電圧ゲインがあります。 1）よりも、それは唯一の増幅要因が現在のものです。前のセクションで調べたエミッタ接地増幅器の構成は、トランジスタのβに等しい電流利得を持ち、入力電流はベースを通り、出力（負荷）電流はコレクタを通り、βは定義上、コレクタ電流とベース電流の比率。ただし、コレクタ接地構成では、負荷はエミッタと直列に配置されているため、その電流はエミッタ電流と等しくなります。コレクタ電流を流すエミッタを使用および ベース電流、このタイプのアンプの負荷には、コレクタのすべての電流が流れています plus ベースの入力電流。これにより、現在のゲインはβプラス1になります。

繰り返しになりますが、PNPトランジスタは、NPNトランジスタと同じようにコレクタ接地構成で使用するのに有効です。増幅された信号の非反転と同様に、ゲインの計算はすべて同じです。唯一の違いは、下の図に示すように、電圧の極性と電流の方向にあります。

コレクタ接地増幅器のPNPバージョン。

コレクタ接地増幅器の一般的な用途は、安定化された（定常）電圧を負荷に供給するために、安定化されていない（変化する）DC電圧源を指定されたレベルでクリップする安定化DC電源です。もちろん、ツェナーダイオードは、下の図に示すように、電圧調整のこの機能をすでに提供しています。

ツェナーダイオード電圧レギュレータ。

ただし、この直接的な方法で使用する場合、負荷に供給できる電流の量は通常非常に制限されます。本質的に、この回路は、直列抵抗を流れる電流を負荷の両端のすべての過剰な電源電圧を落とすのに十分なレベルに保つことによって負荷の両端の電圧を調整し、ツェナーダイオードはそれ自体の両端の電圧を維持するために必要に応じて多少の電流を引き込みます安定しています。

このようなレギュレータ回路の電流処理能力を高める一般的な方法の1つは、コモンコレクタトランジスタを使用して負荷への電流を増幅し、ツェナーダイオード回路がトランジスタ。

一般的なコレクターアプリケーション：電圧レギュレーター。

このアプローチには1つだけ注意点があります。トランジスタのベースエミッタの電圧降下が0.7ボルトであるため、負荷電圧はツェナーダイオードの電圧よりも約0.7ボルト低くなります。この0.7ボルトの差は、広範囲の負荷電流にわたってほぼ一定であるため、0.7ボルト高い定格のツェナーダイオードをアプリケーションに選択できます。

特定のアプリケーションでは、シングルトランジスタのコモンコレクタ構成の高電流ゲインでは不十分な場合があります。この場合、複数のトランジスタを ダーリントンペアと呼ばれる一般的な構成で一緒にステージングすることができます。 、 下の図に示されているコレクタ接地の概念の単なる拡張です。

NPNダーリントンペア。

ダーリントンペアは、基本的に1つのトランジスタを別のトランジスタの共通コレクタ負荷として配置し、電流ゲインを乗算します。左上のトランジスタを流れるベース電流は、右下のトランジスタのベースに直接接続されているトランジスタのエミッタを介して増幅され、そこで電流が再び増幅されます。全体的な電流ゲインは次のとおりです。

アセンブリ全体が共通コレクタ方式で負荷に接続されている場合、電圧ゲインは1にほぼ等しくなりますが、負荷電圧は下の図に示す入力電圧よりも完全に1.4ボルト低くなります。

ダーリントンペアベースのコレクタ接地増幅器は、2つのVBEダイオードドロップを失います。

ダーリントンペアは、個別のユニット（同じパッケージ内の2つのトランジスタ）として購入することも、個々のトランジスタのペアから構築することもできます。もちろん、ペアで得られるよりもさらに多くの電流ゲインが必要な場合は、ダーリントントリプレットまたはクアドラプレットアセンブリを構築できます。

レビュー：

• 共通コレクター トランジスタ増幅器は、入力電圧ポイントと出力電圧ポイントが、電源を考慮せずに、トランジスタのコレクタリードを互いに共有するため、いわゆるです。
• コレクタ接地増幅器は、エミッタフォロワとも呼ばれます。
• コモンコレクターアンプの出力電圧は入力電圧と同相になり、コモンコレクターは非反転になります。 増幅回路。
• コレクタ接地増幅器の電流利得は、βに1を加えたものに等しくなります。電圧利得はほぼ1に等しくなります（実際には、少しだけ少なくなります）。
• ダーリントンペア は、互いに「ピギーバック」されたトランジスタのペアであり、一方のエミッタがもう一方のベースにコモンコレクタ形式で電流を供給します。その結果、全体的な電流ゲインは、個々のコレクタ接地電流ゲイン（βプラス1）の積（乗算）に等しくなります。

関連するワークシート：

• クラスABJTアンプ