上下対称差動回路（１）

上下で対称に見える回路で、代表的なものとしてダイヤモンドバッファ、上下対称差動回路があげられます。

回路図的に、ではなくデバイスの特性的（動作的）にも本当に上下で対称なのでしょうか。
今日は、そこに焦点をあててみましょう。

回路は、こんな感じ。　上下が揃っていて綺麗ですね。

こちらは、A1015とC1815のコンプリメンタリペアのVbe-Ib特性です。　Vbe-Ic特性の方がわかりやすいのですが、A1015/C1815のデータシートにはこちらしか載っていません。

Ibを単純にhfe倍すればIcとみなすことができると思います。　hfeは大きくバラつくので絶対的な数値より、カーブに注目してください。

黒いグラフはNPN、緑はPNPです。　以下も同様です。　データシートではスケールが違っていて判りにくかったので、画像処理ソフトを使ってスケールを合わせてみました。

こちらは低雑音TRのA970/C2240のVbe-Ic特性です。　NPNとPNPでレンジがだいぶ違うので合成するのに苦労しました。　緑縦軸は2.5mA divです。

通常、アンプとしてリニア動作させるときは、Icは1～5mA程度です。
注意深くグラフを見ないと分りにくいのですが、NPNとPNPの該当するIcでは傾斜がかなり違っていることが見て取れます。

つまり、上下で対称動作させようとしても、入力の電圧に対して出力の増幅度、リニアリティがまるで違っていると言うことです。　　また、温度によってVbeのシフト具合が違うのも判ります。  （Vbeが小さい曲線から100度、25度、-25度の3本のグラフとなっています。）　

　
 

こちらは2SJ74と2SK170のコンプリペア。　J-FETです。　Vgs-Id特性です。

バイポーラトランジスタと比較して、一見、対称性が優れているように見えます。
ところがちゃんと注目すると、例えば、Idss4.1mAの曲線だけをみてみると、NチャネルとPチャネルの交点がセンターではないことに気がつくと思います。　　つまりIdssを揃えるとVgsがずれる。　Vgsを揃えようとすると、Idssがずれるということになります。

よくよく見るとカーブの傾斜も違っていることに気が付きます。

　

どこかで書きましたが、初段のもつ特性で歪が発生する場合はＮＦＢをかけても根本的に解決する事はできません。　（実際には歪は別の理由で減ります）　
聴いていて嫌味のない程度の歪の追加なら、そのアンプの音の特徴としてとらえることが出来るとは思います。　　それはそれで個性として考えるというであれば良いです。

　
アンプの歪率として０．０１％くらいの数値はいまどき良い方ではありません。　ですが、そういう数値を狙っているときに、上のような初段の動作不整合を許せるのかどうかは、設計者の判断に任されます。　

　

一言でいうならば

　　上下対称の回路は、回路図的には対称でも

   動作は完全な対称にはならない。　

　

ということです。

※）今日は取上げませんでしたが、細かく言うとIc-Vce特性もNPNとPNPで結構違います。

　総合的に見て、完全なコンプリメンタリ動作ＴＲでもない限り対称動作というのは期待するだけ無駄です。　

　今後もそういうデバイスは出てこないでしょう・・・　　

　入手できるトランジスタの種類はむしろ減っていくばかりです。