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2012年10月 1日 (月)

ミラー効果とは

バイポーラトランジスタ、FET、3極管、5極管など増幅をする素子で電圧増幅すると反転増幅になります。つまり入力と出力の信号が反転しているような増幅です。

もちろんオペアンプを使った反転増幅も同様です。 入力と出力の間にあるキャパシタンス(容量)は、この反転増幅のゲイン倍大きく見えるというのがミラー効果です。 大きく見える容量のことをミラー容量と呼ぶこともあります。

電流を鏡写しのように伝えるカレントミラー回路とは違います。 そちらは「鏡」の意味の「ミラー」ですが、ミラー効果のミラーは発見した人の名前(Millerさん)だそうです。

バイポーラトランジスタでエミッタ接地回路の場合、Cobがこのミラー容量の相当します。
必ずと言っていいほどCobはデーターシートに記載されています。海外製トランジスタではCcbと書かれていたりもします。 意味としてはコレクタ-ベース間容量です。

このミラー効果のお陰でCobは高周波増幅するときには邪魔者ですから、使用するトランジスタはCobが少ないことが条件のひとつになります。 

このCobの影響をなくすためにカスコード回路というのがあります。 かなり昔からある回路で、真空管でのRF増幅にはカスコード管という、最初からカスコード接続を目的とした双3極管があったりします。

詳しくは後日、別の記事にしようと思います。

今日は、このミラー効果の原理を図にしてみます。


Fig3328   Baran2

このようにCobが10pFあったとして、電圧増幅率が10倍のとき入力信号でCobをチャージしようとすると、コレクタ側の電圧が10倍変化するため、Cobのチャージ電流も10倍必要になってしまうのです。 

1・1・交点で囲まれた三角地帯を水で満たそうとすると、対面にある10・10・交点にある部分もホースで繋がっていて全部を水で満たさないとならない。 そんなイメージです。

ご想像の通り、正確にはCob容量+10倍増えたCob容量なのでCob(1+ゲイン倍)がミラー容量です。

つまり110pF分の容量がベース端子にぶら下がっているのと等価です。
 
 
 

と、ここまでは、どんな教科書にも載っているミラー効果の説明ですが、オーディオ回路的にもう一歩進めますと、このCobは電圧依存性があるという部分がクセモノになってきます。

   Cob2240

2SC1815のデータシートには載っていないので同じ東芝の2SC2240のカーブですが、こんな感じでVcbが1vのとき約5pF、Vcbが10vのとき約3.3pFと変化があります。 この数値はさほど大きく無いように感じますが、これがミラー効果によりゲイン倍されます。

先日、計算したように能動負荷のときには300倍ほど拡大されるのです。つまり、Vcbが1vのとき1500pF、Vcbが10vのとき990pFという数値。

この変化を大きいとみるか、小さいとみるか。。。

信号の振幅により増幅帯域幅が変化していることを意味しています。この現象がオーディオ的に有害であることは想像に難くありません。

 

 

 

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