図1: 基本的なコレクタ接地回路(バイアスの詳細を省略) コレクタ接地回路 またはコレクタ共通回路 (英 : Common collector )とは、バイポーラトランジスタ を使った基本的な増幅回路 構成の1つであり、電圧利得一定で入力電圧に従って出力電圧が変化する。エミッタが入力電圧に追随(フォロー)することから、エミッタフォロワ (英 : emitter follower )とも呼ばれる。電界効果トランジスタ で構成される同等の増幅回路はドレイン接地回路 (またはドレイン共通回路)と呼ぶ。
緩衝作用として、インピーダンス変換作用がある。例えば、電圧源が高いテブナン抵抗 を伴っているとき、この回路を使えば、小さな抵抗を伴った出力に変換できる。これにより電圧源がより理想的なものとなる。
図1に示されるように、コレクタは電源回路 (電圧源)に接続され、ベースが入力、エミッタが出力として使われる。PNP型の場合を図2に示す。
応用 図2: エミッタフォロワ回路のPNP版。全ての極性が反転している。 コレクタ接地回路は電圧 利得がほぼ1(0db)である。
A v = v o u t v i n ≈ 1 {\displaystyle {A_{\mathrm {v} }}={v_{\mathrm {out} } \over v_{\mathrm {in} }}\approx 1}
従って、入力電圧の微妙な変化が出力にも現れる(トランジスタの性能や負荷抵抗にも依存する)。入力インピーダンス が高く、前置される回路の負荷とならない[ 1] 。
r i n ≈ β 0 R E {\displaystyle r_{\mathrm {in} }\approx \beta _{0}R_{\mathrm {E} }}
そして、出力インピーダンス が低いので、低抵抗の負荷を駆動できる。
r o u t ≈ R E ‖ R s o u r c e β 0 {\displaystyle r_{\mathrm {out} }\approx R_{\mathrm {E} }\|{R_{\mathrm {source} } \over \beta _{0}}}
一般に、エミッタ抵抗は非常に大きいので、上記式から除くことができる。
r o u t ≈ R s o u r c e β 0 {\displaystyle r_{\mathrm {out} }\approx {R_{\mathrm {source} } \over \beta _{0}}}
これにより、出力インピーダンスの大きい信号源が小さい負荷インピーダンス を駆動できる。すなわち、コレクタ接地回路は電圧緩衝増幅器(バッファアンプ)として機能する。言い換えれば、電圧利得の代わりに電流利得がある(トランジスタの hFE に依存する)。入力電流の小さな変化は出力電流の大きな変化となって現れる。
この構成は、スピーカーのような低インピーダンスの負荷を駆動するオーディオアンプなどの増幅回路 の出力段などによく使われる。A級オーディオアンプでは、線形性や効率を改善するために RE の代わりに能動的な電流源が使われることもある[ 2] 。
特性 低周波数で単純化したハイブリッドπモデル を使うと、下記のような特性が得られる(二重の縦棒は並列な部品 を意味する)。
定義 式 近似式 条件 電流利得 A i = i o u t i i n {\displaystyle {A_{\mathrm {i} }}={i_{\mathrm {out} } \over i_{\mathrm {in} }}} β 0 + 1 {\displaystyle \beta _{0}+1\ } ≈ β 0 {\displaystyle \approx \beta _{0}} β 0 ≫ 1 {\displaystyle \beta _{0}\gg 1} 電圧利得 A v = v o u t v i n {\displaystyle {A_{\mathrm {v} }}={v_{\mathrm {out} } \over v_{\mathrm {in} }}} g m R E g m R E + 1 {\displaystyle {g_{m}R_{\mathrm {E} } \over g_{m}R_{\mathrm {E} }+1}} ≈ 1 {\displaystyle \approx 1} g m R E ≫ 1 {\displaystyle g_{m}R_{\mathrm {E} }\gg 1} 入力抵抗 r i n = v i n i i n {\displaystyle r_{\mathrm {in} }={\frac {v_{in}}{i_{in}}}} r π + ( β 0 + 1 ) R E {\displaystyle r_{\pi }+(\beta _{0}+1)R_{\mathrm {E} }\ } ≈ β 0 R E {\displaystyle \approx \beta _{0}R_{\mathrm {E} }} ( g m R E ≫ 1 ) ∧ ( β 0 ≫ 1 ) {\displaystyle (g_{m}R_{\mathrm {E} }\gg 1)\wedge (\beta _{0}\gg 1)} 出力抵抗 r o u t = v o u t i o u t {\displaystyle r_{\mathrm {out} }={\frac {v_{out}}{i_{out}}}} R E | | ( r π + R s o u r c e β 0 + 1 ) {\displaystyle R_{\mathrm {E} }||\left({r_{\pi }+R_{\mathrm {source} } \over \beta _{0}+1}\right)} ≈ 1 g m + R s o u r c e β 0 {\displaystyle \approx {1 \over g_{m}}+{R_{\mathrm {source} } \over \beta _{0}}} ( β 0 ≫ 1 ) ∧ ( r i n ≫ R s o u r c e ) {\displaystyle (\beta _{0}\gg 1)\wedge (r_{\mathrm {in} }\gg R_{\mathrm {source} })}
ここで R s o u r c e {\displaystyle R_{\mathrm {source} }\ } はテブナン 等価なソース抵抗である。
関連項目
脚注 ^ Transistor Circuits and JFETs ^ 20 Watt Class-A Power Amplifier
外部リンク Basic BJT Amplifier Configurations NPN Common Collector Amplifier — HyperPhysics