第10回　エミッタ接地回路のサプリメント～ベース接地回路～：Analog ABC（アナログ技術基礎講座）（1/2 ページ）

今回は前回に引き続き、エミッタ接地回路の特性を向上させるサプリメントのような「ベース接地回路」を紹介します。ベース接地回路を使えば、増幅回路の周波数特性の改善が図れます。

[美齊津摂夫，ディー・クルー・テクノロジーズ] PC用表示関連情報

LINE

Hatena

　前回は、エミッタ接地回路を2段接続し、その間にエミッタ・フォロア回路を挿入した増幅回路について説明しました。入力インピーダンスを高めると同時に出力インピーダンスを下げる役割を担うエミッタ・フォロアを挿入することで、増幅回路を複数段接続した場合でも、理想的な電圧利得を得ることができました。

　図1にベース接地回路を組み込んだエミッタ接地回路を示しました。赤枠で囲んだ部分が、ベース接地回路とそのバイアス回路です。2009年7・8月号の本欄の図3に示したようなベース接地回路を組み込まない増幅回路の周波数特性と比較すると、周波数が100MHzを超える領域で電圧利得の低下幅が小さくなっています（図2）。つまり、より高い周波数の入力信号まで増幅できるようになったのです。

図1　ベース接地回路で周波数特性を改善　エミッタ接地回路にベース接地回路（赤枠）を組み込むことで、高周波領域での電圧利得の低下を抑えられます。

図2　高周波領域で電圧利得の低下を抑制　エミッタ接地回路でベース接地を使わない場合は100MHzを超えた高周波領域で利得が急激に低下していましたが（赤線）、ベース接地回路を組み込んでこれを防ぎました（青線）。例えば、100MHzのとき70dBだったのが、75dBに高められます。

ミラー効果を抑制

　ベース接地回路によって周波数特性を改善できる理由は、反転増幅回路の「ミラー効果」の悪影響を抑制できることにあります。

　ミラー効果とは、図3に示したように、反転増幅器の入力と出力の間にあるキャパシタンス（C1）は、増幅器の電圧利得の値を乗じて入力とグラウンド（GND）の間に挿入した場合（C2）と等価であるという法則です。

　この電圧利得倍になったキャパシタンスが、増幅回路の周波数特性に悪影響を与えてしまうのです。なぜなら、前段の増幅回路の出力インピーダンスとの組み合わせによって高域遮断フィルタ（低域通過フィルタ）を形成してしまい、入力信号を高周波領域で減衰させてしまうからです。例えば、前段がエミッタ接地回路の場合はコレクタ抵抗が出力インピーダンスに相当します。

図3　反転増幅回路のミラー効果　反転増幅器の入力と出力の間にあるコンデンサ（a）は、増幅器の電圧利得倍に大きくして入力とグラウンド（GND）の間に挿入したのと同じ効果を生みます（b）。これがミラー効果です。

　図3（a）の入力電圧（Vi1）が上昇すると、反転増幅器ですのでキャパシタンスC1の出力側の電圧（Vo1）は入力側の電圧上昇分に電圧利得（－Gv）を乗じた分だけ下がります。結果、キャパシタンスの両端にはVo1－Ve1の電圧が印加されることになり、これによって電流（i）がR1を通ってC1に流れ込むことになります。つまり、C1を電圧利得だけ乗じて入力とGNDの間に挿入したのと同じ効果を生みます。

　ではなぜ、増幅回路の入出力間のキャパシタンスが、電圧利得を乗じて入力とGNDの間に挿入したものと等価になるのか式を使って説明しましょう。まず、図3（a）の増幅回路の入力端電圧（交流成分、以下同）Ve1と出力電圧Vo1の関係は以下になります。