-- バッファの必要性 (2009/11/24 19:06) - 3881PV

回路を作っていると、「電流出ねえ!」とか「電圧が下がっちまった!」とかってことが良くあります。
つまり、電力がうまく伝わっていない状態です。



モーターの制御回路を作って、電圧が出ることを確認して。



いざモーターをつなげてみたら、さっきまで出ていた電圧がガターンと下がってモーターが回らないなんてことも。
これは「モーターの制御」で実際に経験したことです。

その原因も、電源の内部抵抗、つまり制御回路の出力抵抗にありそうです。

ヘッドホンアンプを設計する時に、3つの回路を順につなげていました。
・分圧回路(音量調整のために電圧を下げる)
・電圧増幅回路
・電流増幅回路

最後の「電流を増幅する」というのは、「出力抵抗を下げる」とも表現されます。
このあたりの話を具体的に。

イヤホンのインピーダンスは10Ωくらいです。

もしアンプの電圧が100mVで、出力インピーダンス1kΩくらいだと?
出力インピーダンスがこんなに高いことはないけれど、試しに計算してみます。



イヤホンに流れる電流は0.1mA、電圧は0.1mV。
これじゃ音は聞こえません。



そこで、アンプの最終段にエミッタフォロワやダイヤモンドバッファを入れます。
電圧増幅率は1倍。

この効果は、電源の電圧を保持したまま、出力抵抗を下げることです。
バッファによる「ハイ受けロー出し」の実践です。

最も電力の効率が良いのは、インピーダンスが一致しているときです。
今回はイヤホンのインピーダンスが10Ωなので、アンプの出力インピーダンスも10Ωが一番良い。
この手の問題は電気回路の教科書の演習問題に必ず収録されています。

実際に計算してみると、イヤホンの電流は5mA、電圧は50mV。
バッファの効果によって、電流50倍、電圧500倍で、電力は25,000倍です。
これで、ちゃんと音が出る。

「電力上がりすぎ!」の理由は、最初に設定したアンプの出力インピーダンスが異常に高いからです。
先の設定が無茶すぎたってことです。

まとめ。
「さっきまで出てた電圧が回路をつなげたら出なくなった」
「電流が足りない」
これらの処方箋は、最終段にバッファを入れて、出力抵抗を変えることです。

・エミッタフォロワ
・プッシュプルエミッタフォロワ
・ダイヤモンドバッファ
・ボルテージフォロワ
・ソースフォロワ

状況に合わせて選択してください。

これにて電源ネタは終了。
うまくまとめられなかった・・・。

-- 参考文献

-- 関連項目
ヘッドホンアンプの設計
電気回路
電気回路(2)
電気回路(3)
モーターの制御
電気回路の利点
電源による回路表現
トランジスタの小信号等価回路
内部抵抗
テブナンの定理
電圧源と電流源の等価変換
電流源による電池の表現
入出力インピーダンス
内部抵抗と電源のふるまい
ソーシャル目覚まし

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