トランジスタのプッシュプル動作
における歪
次はプッシュプルのトランジスタです。デフォルトの値はシングルの場合と同様といたしました。指数関数特性であるため、入力する値によって出力結果が大きく変化してしまいます。
条件設定表１
| パラメータ |
NPN |
PNP |
|
Is |
1.00E-13 |
1.00E-13 |
|
A＝ |
39 |
39 |
|
バイアス＝ |
0.6 |
0.6 |
|
動作点電流 |
0.001453754 |
-0.00145375 |
Ｉｓは正の数（一般的に
1.00-E16〜1.00-E10くらい）Ａは正の数（常温で
39くらい）動作点電流オフセットは０
動作計算表１
| 入力 |
Vbe(NPN) |
Ic（NPN) |
Vbe(PNP) |
Ic(PNP) |
出力電流 |
|
-0.05 |
0.550 |
2.07E-04 |
-0.650 |
-1.02E-02 |
-1.00E-02 |
|
-0.05 |
0.555 |
2.51E-04 |
-0.645 |
-8.41E-03 |
-8.16E-03 |
|
-0.04 |
0.560 |
3.05E-04 |
-0.640 |
-6.92E-03 |
-6.61E-03 |
|
-0.04 |
0.565 |
3.71E-04 |
-0.635 |
-5.69E-03 |
-5.32E-03 |
|
-0.03 |
0.570 |
4.51E-04 |
-0.630 |
-4.68E-03 |
-4.23E-03 |
|
-0.03 |
0.575 |
5.48E-04 |
-0.625 |
-3.85E-03 |
-3.31E-03 |
|
-0.02 |
0.580 |
6.66E-04 |
-0.620 |
-3.17E-03 |
-2.50E-03 |
|
-0.02 |
0.585 |
8.10E-04 |
-0.615 |
-2.61E-03 |
-1.80E-03 |
|
-0.01 |
0.590 |
9.84E-04 |
-0.610 |
-2.15E-03 |
-1.16E-03 |
|
-0.01 |
0.595 |
1.20E-03 |
-0.605 |
-1.77E-03 |
-5.71E-04 |
|
0.00 |
0.600 |
1.45E-03 |
-0.600 |
-1.45E-03 |
0.00E+00 |
|
0.01 |
0.605 |
1.77E-03 |
-0.595 |
-1.20E-03 |
5.71E-04 |
|
0.01 |
0.610 |
2.15E-03 |
-0.590 |
-9.84E-04 |
1.16E-03 |
|
0.02 |
0.615 |
2.61E-03 |
-0.585 |
-8.10E-04 |
1.80E-03 |
|
0.02 |
0.620 |
3.17E-03 |
-0.580 |
-6.66E-04 |
2.50E-03 |
|
0.03 |
0.625 |
3.85E-03 |
-0.575 |
-5.48E-04 |
3.31E-03 |
|
0.03 |
0.630 |
4.68E-03 |
-0.570 |
-4.51E-04 |
4.23E-03 |
|
0.04 |
0.635 |
5.69E-03 |
-0.565 |
-3.71E-04 |
5.32E-03 |
|
0.04 |
0.640 |
6.92E-03 |
-0.560 |
-3.05E-04 |
6.61E-03 |
|
0.05 |
0.645 |
8.41E-03 |
-0.555 |
-2.51E-04 |
8.16E-03 |
|
0.05 |
0.650 |
1.02E-02 |
-0.550 |
-2.07E-04 |
1.00E-02 |
その結果が動作計算表１と図１です。指数関数ですからカットオフが判然とはしませんが、合成特性にはややうねりがあります。
それではこの条件のもとで正弦波信号を加えて解析します。信号振幅にはデフォルトとして０．０２を入力しておきます。その結果が動作計算表２、および図２です。歪を含んだ
NPNとPNPの電流が合成され、きれいな正弦波のようになっています。
条件設定表２
| パラメータ |
数値 |
|
信号振幅＝ |
0.02 |
信号振幅は正の値
動作計算表２ 動作計算表３
| ｽﾃｯﾌﾟ |
角度(rad.) |
Ic(NPN) |
Ic(PNP) |
出力 |
交流成分 |
基本波 |
歪成分 |
|
|
0.00 |
0.00 |
1.45E-03 |
-1.45E-03 |
0.00E+00 |
5.91E-19 |
0.00E+00 |
5.91E-19 |
|
|
0.05 |
0.16 |
1.64E-03 |
-1.29E-03 |
3.56E-04 |
3.56E-04 |
3.83E-04 |
-2.69E-05 |
|
|
0.10 |
0.31 |
1.85E-03 |
-1.14E-03 |
7.08E-04 |
7.08E-04 |
7.56E-04 |
-4.81E-05 |
|
|
0.15 |
0.47 |
2.07E-03 |
-1.02E-03 |
1.05E-03 |
1.05E-03 |
1.11E-03 |
-5.90E-05 |
|
|
0.20 |
0.63 |
2.30E-03 |
-9.19E-04 |
1.38E-03 |
1.38E-03 |
1.44E-03 |
-5.72E-05 |
|
|
0.25 |
0.79 |
2.52E-03 |
-8.37E-04 |
1.69E-03 |
1.69E-03 |
1.73E-03 |
-4.31E-05 |
|
|
0.30 |
0.94 |
2.73E-03 |
-7.73E-04 |
1.96E-03 |
1.96E-03 |
1.98E-03 |
-1.95E-05 |
|
|
0.35 |
1.10 |
2.91E-03 |
-7.26E-04 |
2.19E-03 |
2.19E-03 |
2.18E-03 |
8.37E-06 |
|
|
0.40 |
1.26 |
3.05E-03 |
-6.92E-04 |
2.36E-03 |
2.36E-03 |
2.33E-03 |
3.44E-05 |
|
|
0.45 |
1.41 |
3.14E-03 |
-6.73E-04 |
2.47E-03 |
2.47E-03 |
2.42E-03 |
5.28E-05 |
|
|
0.50 |
1.57 |
3.17E-03 |
-6.66E-04 |
2.50E-03 |
2.50E-03 |
2.45E-03 |
5.94E-05 |
|
|
0.55 |
1.73 |
3.14E-03 |
-6.73E-04 |
2.47E-03 |
2.47E-03 |
2.42E-03 |
5.28E-05 |
|
|
0.60 |
1.88 |
3.05E-03 |
-6.92E-04 |
2.36E-03 |
2.36E-03 |
2.33E-03 |
3.44E-05 |
|
|
0.65 |
2.04 |
2.91E-03 |
-7.26E-04 |
2.19E-03 |
2.19E-03 |
2.18E-03 |
8.37E-06 |
|
|
0.70 |
2.20 |
2.73E-03 |
-7.73E-04 |
1.96E-03 |
1.96E-03 |
1.98E-03 |
-1.95E-05 |
|
|
0.75 |
2.36 |
2.52E-03 |
-8.37E-04 |
1.69E-03 |
1.69E-03 |
1.73E-03 |
-4.31E-05 |
|
|
0.80 |
2.51 |
2.30E-03 |
-9.19E-04 |
1.38E-03 |
1.38E-03 |
1.44E-03 |
-5.72E-05 |
|
|
0.85 |
2.67 |
2.07E-03 |
-1.02E-03 |
1.05E-03 |
1.05E-03 |
1.11E-03 |
-5.90E-05 |
|
|
0.90 |
2.83 |
1.85E-03 |
-1.14E-03 |
7.08E-04 |
7.08E-04 |
7.56E-04 |
-4.81E-05 |
|
|
0.95 |
2.98 |
1.64E-03 |
-1.29E-03 |
3.56E-04 |
3.56E-04 |
3.83E-04 |
-2.69E-05 |
|
|
1.00 |
3.14 |
1.45E-03 |
-1.45E-03 |
0.00E+00 |
5.91E-19 |
3.00E-19 |
2.91E-19 |
|
|
1.05 |
3.30 |
1.29E-03 |
-1.64E-03 |
-3.56E-04 |
-3.56E-04 |
-3.83E-04 |
2.69E-05 |
|
|
1.10 |
3.46 |
1.14E-03 |
-1.85E-03 |
-7.08E-04 |
-7.08E-04 |
-7.56E-04 |
4.81E-05 |
|
|
1.15 |
3.61 |
1.02E-03 |
-2.07E-03 |
-1.05E-03 |
-1.05E-03 |
-1.11E-03 |
5.90E-05 |
|
|
1.20 |
3.77 |
9.19E-04 |
-2.30E-03 |
-1.38E-03 |
-1.38E-03 |
-1.44E-03 |
5.72E-05 |
|
|
1.25 |
3.93 |
8.37E-04 |
-2.52E-03 |
-1.69E-03 |
-1.69E-03 |
-1.73E-03 |
4.31E-05 |
|
|
1.30 |
4.08 |
7.73E-04 |
-2.73E-03 |
-1.96E-03 |
-1.96E-03 |
-1.98E-03 |
1.95E-05 |
|
|
1.35 |
4.24 |
7.26E-04 |
-2.91E-03 |
-2.19E-03 |
-2.19E-03 |
-2.18E-03 |
-8.37E-06 |
|
|
1.40 |
4.40 |
6.92E-04 |
-3.05E-03 |
-2.36E-03 |
-2.36E-03 |
-2.33E-03 |
-3.44E-05 |
|
|
1.45 |
4.56 |
6.73E-04 |
-3.14E-03 |
-2.47E-03 |
-2.47E-03 |
-2.42E-03 |
-5.28E-05 |
|
|
1.50 |
4.71 |
6.66E-04 |
-3.17E-03 |
-2.50E-03 |
-2.50E-03 |
-2.45E-03 |
-5.94E-05 |
|
|
1.55 |
4.87 |
6.73E-04 |
-3.14E-03 |
-2.47E-03 |
-2.47E-03 |
-2.42E-03 |
-5.28E-05 |
|
|
1.60 |
5.03 |
6.92E-04 |
-3.05E-03 |
-2.36E-03 |
-2.36E-03 |
-2.33E-03 |
-3.44E-05 |
|
|
1.65 |
5.18 |
7.26E-04 |
-2.91E-03 |
-2.19E-03 |
-2.19E-03 |
-2.18E-03 |
-8.37E-06 |
|
|
1.70 |
5.34 |
7.73E-04 |
-2.73E-03 |
-1.96E-03 |
-1.96E-03 |
-1.98E-03 |
1.95E-05 |
|
|
1.75 |
5.50 |
8.37E-04 |
-2.52E-03 |
-1.69E-03 |
-1.69E-03 |
-1.73E-03 |
4.31E-05 |
|
|
1.80 |
5.65 |
9.19E-04 |
-2.30E-03 |
-1.38E-03 |
-1.38E-03 |
-1.44E-03 |
5.72E-05 |
|
|
1.85 |
5.81 |
1.02E-03 |
-2.07E-03 |
-1.05E-03 |
-1.05E-03 |
-1.11E-03 |
5.90E-05 |
|
|
1.90 |
5.97 |
1.14E-03 |
-1.85E-03 |
-7.08E-04 |
-7.08E-04 |
-7.56E-04 |
4.81E-05 |
|
|
1.95 |
6.13 |
1.29E-03 |
-1.64E-03 |
-3.56E-04 |
-3.56E-04 |
-3.83E-04 |
2.69E-05 |
|
|
2.00 |
6.28 |
1.45E-03 |
-1.45E-03 |
0.00E+00 |
5.91E-19 |
-5.99E-19 |
1.19E-18 |
出力の平均値＝
-5.91E-19歪成分の実効値＝
4.22E-5交流成分の実効値＝
0.00173歪率（％）＝
2.44交流成分の振幅＝
0.00245推定による近似式での値（％）＝
2.95これまでと同様に歪を求めたものが動作解析表３、図３です。 シングルの場合に比べてかなり少なくなってはいますが、トランジスタの場合には、プッシュプルのA級動作をさせても理論的に３次を主成分とする奇数次の歪が残留することがわかります。
ところで、トランジスタの場合には
A級プッシュプルにおいても理論的に歪があり、その近似式も存在するはずである、と会議室で述べましたが、この結果より推定すると、トランジスタのA級動作における歪率は(1/96)・(Io/Ic)^2 X 100% Io；出力電流の最大値、 Ic；動作点電流
と推定されます。この式による値を
J93のセル(推定による近似式での値)に示します。ここでも水色のセルには任意の値を入れることができますが、トランジスタの場合は指数関数特性であるため、大電流領域では理論的なｇｍがきわめて大きくなり、実際の素子を使用した場合との乖離が大きくなります。これについては、また別の機会に述べたいと思います。