「アナデバ社(ADI社）のWeb記事『StudentZone』を初回からすべて読む」の今回は2021年4月号です。ようやく１年遅れ到達。今回もLTspiceでのシミュレーションから始めたいと思います。回路５種類あり実機で全部やるのは辛いです。シミュレーションでお茶を濁して、実機実験の数を減らそうという魂胆。
２０２１年４月のアナデバ様記事（日本語）へのリンクは以下です。
ADALM2000による実習：バイポーラ・トランジスタで構成したエミッタ・フォロワ
毎度毎度ですが、アナデバ製の学習ツール ADALM2000を使って実習せよ、との記事ですが、Digilent Analog Discovery2で代用させていただいております。実験部品の方はアナデバ製ADALP2000使用しております。
今回記事には、しっかり末尾問題の解答編（英語）がついています。
April 2021 StudentZone Quiz Solution
今回取り上げられている回路
エミッタ・フォロワ回路、大事なことは分かるのですが、基本「入ってきた波形がそのまま出ていく」回路であります。それに対して「充実の５回路」を組み立て、測定してみよ、ということなんであります。５回路を列挙します。
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- エミッタ・フォロワ（原理回路）
- 改良版エミッタ・フォロワ回路
- オフセットを抑えたエミッタ・フォロワ回路
- スルー・レートのバランスを改善したエミッタ・フォロワ回路
- 相補型の帰還ペアを使用したエミッタ・フォロワ回路
一番シンプルな１の回路をやり、そこでの問題を２で解決し、さらに１，２で目立っていたオフセットの問題を３で解決すると。そして実験からは直接見えてこない、３のスルーレートのアンバランスの問題に４で対処すると。そして真打登場とばかりにシンプルな５の回路を実験する、と。こんな感じでしょうか。
一番複雑な回路（冒頭のアイキャッチ画像）でも６トランジスタなので大した規模ではないですが、ブレッドボード上で６トランジスタ接続するのはメンドイです。できれば実機でやるのは減らしたいということで「まずはSPICE」に逃亡。
エミッタ・フォロワ（原理回路）
最初はもっともシンプルなNPNトランジスタ１個のエミッタ・フォロワ回路です。原理回路といってもよいのかしら。入力V1に正弦波を与え、出力Outを観察します。
シミュレーション結果が以下に。黄緑が入力波形、青が出力波形です。入力がQ1のベース、出力がQ1のエミッタなので、約0.6VのVBE電圧がモロ見えです。そのオフセット分を除けば「だいたいおんなじようなもん」？
しかし、大体では次の回路との差が見えないので、入出力の電位差の変動を拡大したグラフを描いてもらいます。フォロワーといいつつも、良く見ると約３０mVほど揺らいでいるのね。
改良版エミッタ・フォロワ回路
さて、この変動に対処したのが以下の回路だそうです。単純抵抗でなく、カレントミラーでQ1から電流を引く回路に改良。NPNトランジスタ３石（いまどき「石」なんて言わないか。）
そのときの入出力の波形が以下に。これだけだと最初の回路との差が分かりませんな。
入出力の差分を拡大したものが以下に。揺らぎはピークツーピークで５mVくらい。最初の回路が３０ｍVあったので確かに改良されとります。
オフセットを抑えたエミッタ・フォロワ回路
続いて、上２つで気になる入出力波形の電圧オフセットに対処する回路。PNPトランジスタ、入力側に3N3906登場であります。
上の回路のシミュレーション結果が以下に。入力黄緑色の上に出力青色がほぼほぼ重なっております。いい感じ？
私なんぞは、ピッタリ重なった上の回路でもう満足ですが、流石アナデバ様、上の回路にも問題アリみたいです。
スルー・レートのバランスを改善したエミッタ・フォロワ回路
３の問題は、負荷によっては登り下りの方向でスルーレートが異なるというもの。変化の速さの問題なのね。対策した回路、だんだん複雑になってきたような気がします。
とりあえず、他と同じように波形は観察しましたが、「スルーレート」実験していません。測定方法から考えないと。
相補型の帰還ペアを使用したエミッタ・フォロワ回路
最後に登場するのが、NPN、PNPのコンプリメンタリなトランジスタによる回路です。
何故だか特に説明されていないのですが、この回路への入力波形の振幅が半分になっていました。言われたとおりにやってみたので、以下のグラフは他とちょっと異なります。同じ入力波形でも動きそうなのだけれど。。。
入力波形が異なるので、直接１、２の回路と直接比較はできませんが、表面上の揺らぎは小さいです。でも、やっぱり入力合わせないと比較できんよな。
今回も分かったような、分からぬような結果だけれども、雰囲気は分かった。次回は回路を絞って実機で実験っと。