プッシュプル回路の動作

【初心者向け】プッシュプル回路の動作を解説します!

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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。
どんな回路なんだろう?

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、回路設計者は必ず覚える必要があります。

 
 
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」
・ 動作しない場合
・ クロスオーバー歪み
・ まとめ
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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づく回路となります。

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もっぷ

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るので、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

 
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。

 

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。

 

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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