嘘か真か巷の噂


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<誰も語ろうとしない真実>

 カスコード回路構成の効果は?

 トランジスタによるアナログ回路を論じる、レジェンド・ニッチな世界で、オーディオパワーアンプに、トランジスタによるカスコード回路構成を勧めている方が居られるようですが、私はお勧めしません。
 以下では、お勧めしない理由をご説明します。これは、技術普及を進めている、安定帰還(SFB)アンプの基本理念に該当するからです。

 電気による信号増幅は、電圧電流変換、電流増幅と電圧増幅の組み合わせで行われます。  ご存知の真空管は、真空中をカソードからプレートに流れる電子群をグリッド電界で抑制するもので、その動作原理から電圧電流変換を基本とした素子です。
 カスコードは、電圧電流変換率がプレート印加電圧に大きく依存する三極管の欠点を改善するために考案されたもので、これを一体構造化したものが五極管と言ってよいでしょう。 カスコードは、cascade connection triode から作られた造語のようですので、以下ではカスケードと書きます。

 一方、トランジスタは、エミッタ、ベース、コレクタからなる3端子素子で、ベースからエミッタに流れる電流をコレクタ電流で増幅する、電流増幅を基本とした素子です。 電流増幅率は全体量比較をhFEで表され、動作点での微小変化比較hfeは、コレクタ・エミッタ間の電圧(以下、印加電圧と記す)変化より、動作電流変化に依存性があるという特徴があり、この特徴を理解することがTRを使いこなす上で重要なのです。

 トランジタが開発された当初は、真空管アンプの技術をベースに、電圧増幅を基本にした回路設計がなされていました。やがて、相補性(コンプリメンタリ、PNPとNPN)のトランジタ(以下、TRと記す)が開発され、電流増幅ベースでの回路が自在に実現できるようになりました。

 初段TRへのカスケード導入効果

 ここで論じるカスケード接続とは、信号増幅TRのコレクタに、ベースを信号的に接地したTRのエミッタを追加接続するものです。このTRはベース接地としての動作、すなわち電流増幅率1のインピーダンス変換回路として働き、負荷抵抗によるコレクタ側の電圧変動を吸収することになります。

 アナログ増幅のパワーアンプは、3段増幅を基本として、初段が電圧・電流変換、2段目と3段(終段)が電流増幅、電圧変換を担っています。

 2段目を相補性TRを用いて電流増幅構成とする結果、入力信号による初段TRのコレクタ電圧の変化は皆無と言ってよいでしょう。TRへの印加電圧の変化は、負帰還回路の結果、エミッタがベース電圧に追随し、信号レベルとなります。このことは、初段TRをカスケード構成にしても、効果がまったくないことを意味します。

 極論すれば、初段TRをカスケード構成とすることは、電圧・電流変換に何の働きもしないのですから、奇を衒っただけのことになります。

 2段目へのカスケード導入効果

 電流・電圧変換を担う2段目TRの印加電圧変化は大きくなるので、導入効果を期待したくなるのでしょう。
 しかし、これは、2段目TRを電流増幅に専念させ、電流・電圧変換をこのカスケード接続したTRへ移すことに他なりません。ミラー効果やらなにやらは、こちらのTRが分担することになりますが、移しただけなのに消えてしまうかのように語られ、こちらの影響は論じられないのが不思議です。

 2段目TRの電流増幅への要件・状況には変化がないので、増幅率の電流依存性の改善にはまったく寄与しませんが、コレクタ電圧の変動が少なくなるので、コレクタからの配線ラインの引き回しの影響を小さくできるでしょう。要するに、増幅電圧を撒き散らす配線が、カスケード接続したTRのコレクタ配線部分に移るというだけのことです。

 逆に考えれば、2段目TRのコレクタ配線を考えてTRの配置を決定すればよく、役割分離をする効果は大きくないと言えます。

 

まとめ

 以上、カスケード接続TRの導入について考察しましたが、カスコードは、一本の五極真空管で済むところを2本の三極管で置き換えたものと言えます。真空管アンプがいくらお好きでも、この三極管を更に五極管で置き換える愚はしないでしょう。
 TRの増幅率の印加電圧への依存性は五極管に近いものですから、カスケード接続TRは、カスコードの三極管を更に五極管に置き換えたものと言えるでしょう。これは、方式的に屋上屋を重ねるというもので、導入効果は非常に乏しいものと言えるでしょう。

 これに跳びついた背景は、(ゲスの勘ぐりかも知れない)憶測ですが、二段目TRの配置が不適切で電圧増幅を担うコレクタラインが悪さをしたように思われます。特に、プッシュプルドライブを採用すると、このTRの配置によっては影響が大きいのです。

 こんなことより、動作電流の変動を抑え、負帰還量を安定化させることの方が効果が大きいのです。

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