差動増幅回路の妙② 入出力とゲイン

差動増幅回路の妙① エミッタ接地増幅回路

図中の珍妙な回路は「差動増幅回路」といい、これが本稿の主題です。この差動増幅回路もエミッタ接地増幅回路の変形であり、誰が考えたのか、実におもしろい動作をします。回路の形も左右対称で分かりやすいので、ぜひこの形を覚えてください。電子回路は動作の中身を理解することと同じくらい、回路の形を覚えることが重要です。

この回路はエミッタ抵抗Reを共有する、2つのエミッタ接地増幅回路（電流帰還増幅回路）と見ることができますね。つまり図から明らかなように、この回路は入力と出力が2つずつあるということです。

さて、この回路はいったいどんな動作をするのでしょう。順を追ってみていきます。図に示されている条件において、まずエミッタ抵抗1kΩに1mAが流れていることが分かります。OKですか？ということは、トランジスタQ1のコレクタ電流Ic1と、トランジスタQ2のコレクタ電流Ic2は、共に0.5mAが流れています。（ベース電流は無視量として）。OKですね？ということは、OUT1（Q1のコレクタ電圧Vc1）とOUT2（Q2のコレクタ電圧Vc2）は同じ電圧値になっています。これが直流的（静的）に見た各値、すなわち各部の動作点です。

この状態で、IN1の電圧を⊿V上げたとします。するとQ1のVbeがわずかに増えてIc1が増加します。この時Ic1の増加分がRe（1kΩ）に流れてエミッタ電圧Veが増加するように思えますが、実はそうはなりません。Q1のVbeがわずかに増えればQ2のVbeはわずかに減少しますね。ということはQ2のIc2も減少します。つまりIc1が増えればIc2が減り、Ic1が減ればIc2が増えるという動作をするわけです。そして、Ic1＋Ic2は常に（ほぼ）1mAを保ちます。よってRe（1kΩ）には一定値の1mAが流れ続け、結果としてエミッタ電圧Veは、ほぼ一定の電圧値を保つことになります。

さてエミッタ電圧Veが一定ということは、Q1、Q2の増幅動作は、最初に見た「エミッタ接地増幅回路」と同じ、ということになります。（エミッタ接地増幅回路のエミッタはグランドに直結ですから、Ve＝0Vと一定です）。こうなると差動増幅回路のゲインは、電流帰還増幅回路でやったように、Rc/Reという具合に簡単に求めることはできません。再び最初に戻り、指数関数のグラフをにらみながら、Vbe-Ib特性を考えることになります。しかしまあ、それも面倒なのでやめにして、エミッタ接地増幅回路のゲインを思い出してください。「エミッタ接地増幅回路のゲインは非常に大きい」でしたね。差動増幅回路のゲインもこれと同じで、“非常に大きい”のです。×100くらいでしょうか、×1000くらいでしょうか、まあその程度に捉えておけばいいでしょう。”そんないい加減な”と思われるでしょうが安心してください。話しの最後に辻褄が合ってスッキリします。


次に入出力の関係を見てみます。信号電圧はIN1にもIN2にも入力できます。このとき出力電圧はOUT1からもOUT2からも取り出せます。OKですか？そしてIN1に入力した場合OUT1は逆相、OUT2は同相出力となり、IN2に入力した場合はOUT1が同相、OUT2が逆相出力となります。OKですね？では、IN1とIN2、両方に入力するとどうなるでしょう？

はい。ここで一旦、コーヒーブレイクにしましょう。（＾＾）

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