プッシュプル回路の動作

【初心者向け】プッシュプル回路について解説します!

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困っている人

電子回路で「プッシュプル回路」という用語がよく出てくる。
どんな回路なの?

こんな疑問を解消します。

プッシュプル回路は、『互いに逆の動作をするトランジスタを組み合わせて出力を増幅する回路』です。

ICのデジタル出力でよく使用されるため、回路設計者なら必ず覚えなければなりません。

 
そこで今回は、『プッシュプル回路の動作』について解説していきます!
 

本記事の内容・ プッシュプル回路とは
・ プッシュプル回路の構成
・ プッシュプル回路のプッシュ動作
・ プッシュプル回路のプル動作
・ プッシュプル回路が動作しない場合
・ プッシュプル回路のクロスオーバー歪み
・ プッシュプル回路と合わせて覚えておくべき回路

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回路設計エンジニアの年収

プッシュプル回路とは

電子回路
プッシュプル回路は、『互いに逆の動作をするトランジスタを組み合わせて出力を増幅する回路』です。

デジタル回路でよく使用される出力形態であり、回路設計者が最初につまずきやすい回路となります。

 
なお、マイコンの汎用I/Oでは『プッシュプルorオープンコレクタ(オープンドレイン)』のどちらかが必ず使用されています。

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もっぷ

機会があればデータシートをチェックしてみて下さい。

 
今回は、『PNPとNPNのバイポーラトランジスタを使用した回路構成』で動作を説明していきます。
 

プッシュプル回路の構成

プッシュプル回路の構成
プッシュプル回路は、以上のような構成となっています。

プッシュプル回路の構成

入力Vin:NPN-TrのベースとPNP-Trのベースを接続

出力Vout:NPN-TrのエミッタとPNP-Trのエミッタを接続

 
なお、NPN-Trのコレクタ/PNP-Trのコレクタには、『増幅したい電圧値の電源』を接続して下さい。
 

プッシュプル回路のプッシュ動作

プッシュプル回路のプッシュ動作
まずは、プッシュ動作から説明します。

『NPN-Trのベース・エミッタ電圧 < Vin – Va』の場合、NPN-TrがONします。

 
上図の場合、『NPN-Trのベース・エミッタ電圧 = 0.7V < Vin – Va = 1.0V』であるため、 NPN-TrがONしてVout = 10Vとなるのです。

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もっぷ

Vin⇒Voutに電流が流れるため、『プッシュ(=押す)動作』と言います。

 

プッシュプル回路のプル動作

プッシュプル回路のプル動作

次に、プル動作を説明します。

『-PNP-Trのベース・エミッタ電圧 > Vin – Va』の場合、PNP-TrがONします。

 
上図の場合、『-PNP-Trのベース・エミッタ電圧 = -0.7V > Vin – Va = -1.0V』であるため、 PNP-TrがONしてVout = -10Vとなるのです。

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もっぷ

Vout⇒Vinに電流が流れるため、『プル(=引く)動作』と言います。

 

プッシュプル回路が動作しない場合

プッシュプル回路の動作しない場合

最後に、動作しない場合を説明します。

『-PNP-Trのベース・エミッタ電圧 < Vin-Va <NPN-Trのベース・エミッタ電圧』の場合、どちらのTrもOFFのままです。

 
上図の場合、『-PNP-Trのベース・エミッタ電圧 = -0.7V < Vin – V a = 0.0V < NPN-Trのベース・エミッタ電圧 = 0.7V』であるため、 どちらのTrもONせずに0V(=GND)となります。

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もっぷ

中間電圧だと、負荷に電流は流れません。

 

プッシュプル回路のクロスオーバー歪み

クロスオーバー歪み
今までの内容を踏まえて、Vinが正弦波の場合を考えてみましょう。

Voutは完全な正弦波ではなく、『Vout = 0V 付近が歪んだ波形』となるのです。

この歪を『クロスオーバー歪み』と呼びます。

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もっぷ

クロスオーバー歪みを低減する回路については、別途紹介させて頂きます。

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プッシュプル回路と合わせて覚えておくべき回路

電子回路
プッシュプル回路について理解できたら、『オープンコレクタ』も覚えておくことをオススメします。

オープンコレクタ

NPNトランジスタをスイッチとして用いた出力形態

 
こちらも、『電子回路を扱う上で必須の基礎知識』です。

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もっぷ

知らなかった方は、ぜひ下記をご覧ください。

★【初心者向け】オープンコレクタ出力について解説します!

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プッシュプル回路の動作まとめ

まとめ
いかがでしたでしょうか。

電子回路設計者にとって『プッシュプル回路は必須の知識』です。

プッシュプル回路の動作をしっかりと理解しましょう。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

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