増幅器は、低振幅信号を増幅するために使用される電子機器の不可欠な部分です。アンプは、特にオーディオおよびパワーエレクトロニクスにおいて、信号をブーストするために非常に重要な役割を果たします。以前、オーディオアンプ、パワーアンプ、オペアンプなど、さまざまなタイプのアンプを製造しました。それら以外にも、以下のリンクをたどることで、他の多くの一般的に使用されるアンプを学ぶことができます。
- プッシュプルアンプ
- 差動アンプ
- 反転増幅器
- 計装アンプ
すべてのアンプには、異なるクラスとアプリケーションがあります。一般に、トランジスタとオペアンプはアンプの構築に使用されます。ここでは、このプロジェクトでブートストラップアンプについて学びます。
ブートストラップとは何ですか？
通常、ブートストラップは、出力の一部が起動時に使用される手法です。ブートストラップアンプでは、ブートストラップを使用して入力インピーダンスを増加させます。これにより、入力ソースへの負荷の影響も減少します。デザインはダーリントンペアに似ており、ブートストラップコンデンサを備えています。ブートストラップコンデンサは、AC信号の正のフィードバックをトランジスタのベースに提供するために使用されます。この正のフィードバックは、ベース抵抗の実効値を改善するのに役立ちます。ベース抵抗のこの増分は、アンプ回路の電圧ゲインによっても決定されます。
アンプトランジスタに高入力インピーダンスが必要なのはなぜですか？
高い入力インピーダンスは入力信号の増幅を改善するため、さまざまなアンプアプリケーションで必要になります。入力インピーダンスが低いと、増幅率が低くなります。一般に、BJT（バイポーラ接合トランジスタ）の入力インピーダンスは低くなります（通常は1オームから50キロオーム）。そのため、このために、ブートストラップ法を使用して入力インピーダンスを増加させます。
入力インピーダンスの両端の電圧は、次の式を使用して計算されます。
V = {（V in.Z in）/（V in + ZV in）}
したがって、式によれば、入力インピーダンスはその両端の電圧に比例します。入力インピーダンスが増加すると、その両端の電圧も増加し、その逆も同様です。
必要なコンポーネント
- NPNトランジスタ– BC547
- 抵抗器– 1k、10k
- コンデンサ– 33pf
- ACまたはパルス入力信号
- DC電源–9Vまたは12V
- ブレッドボード
- 接続線
回路図
入力パルス信号はAC信号（トランス使用）を使用しており、PWM入力も使用できます。また、Vcc入力には、回路にRPS（調整正電源）を使用しています。安全上の理由から、AC線とDC線の間の距離を維持してください。
ブートストラップアンプの動作
回路図に従って回路を接続すると、回路はダーリントンペアのようになります。ここでは、ブートストラップ法を使用して、この増幅器回路の入力インピーダンスを増加させました。トランジスタQ1のベースが高く、ポイントBが低い場合。したがって、コンデンサはR2の両端の電圧値まで充電されます。 Q1がローになり、Q2のベースで電圧が上昇し始めると、コンデンサはゆっくりと放電します。そして、充電を維持するために、ポイントAも押し上げられます。したがって、ポイントBの電圧は増加し、ポイントAの電圧もVccを超えるまで上昇し続けます。
ブートストラップコンデンサC1への電荷は、抵抗R1とR2によって排出されます。この手法は、コンデンサの一方の端の電圧を上げると、コンデンサのもう一方の端の電圧が上がるため、ブートストラップと呼ばれます。
注：ブートストラップ法は、RC時定数がドライブ信号の単一周期と比較して大きい場合にのみ使用できます。
以下は、増幅された波形を使用したブートストラップ増幅器のプロテウスシミュレーションです。
また、ブレッドボードにブートストラップアンプ回路を設計しました。オシロスコープを使用して得られた出力波形を以下に示します。
その他のアンプ回路とその用途を確認してください。