スピードアップ・コンデンサーの機能

1. スピードアップ・コンデンサーの機能

トランジスタ・スイッチ をON/OFFさせるとき、入力信号(I_B)の変化より
出力信号(I_C)の変化の方が遅くなります。
これを改善するために用いられるのがスピードアップ・コンデンサーです。
(ターンオン時間(t_on)とターンオフ時間(_toff)が短くなる)

動作波形




2. 回路図

スピードアップ・コンデンサー(C_S)はベース抵抗(R_B)と
並列に接続します。




3. スピードアップ・コンデンサーの動作

1. 動作が遅くなる理由
• ベースの入力容量
トランジスタ・スイッチ の動作が遅くなる理由のひとつはベースの入力容量です。
ベースの入力容量は下図のようにベース抵抗(R_B)と
積分回路 を構成するので、これが動作遅延の一因となります。



• ベースの蓄積電荷
トランジスタがONからOFFになる動作遅延理由のひとつがベースの蓄積電荷です。
下図はNPN形トランジスタがONしているときのトランジスタ内のモデルです。
エミッタからベースに注入された電子が、コレクタ側のPN接合を超えて
コレクタ電流(I_C)になる様子です。


ここで、ベース電流が0になり、エミッタからの電子の注入が止まったとします。
注入が止まってもベース内にはまだ電子が残っているため、この電子により
コレクタ電流が流れ続け、トランジスタがONからOFFになる時間が遅れます。
ベース内の電子がなくなり次第電流は0になります。



2. スピードアップ・コンデンサーを追加すると
スピードアップ・コンデンサー(C_S)を追加すると、入力パルスの
立上がりにおいて下図にようにC_S経由で定常状態より大きな電流が
流れます。この電流によりベースの容量が早く充電されるので、コレクタ電流 (I_C)の
立上がりが早くなります。


また入力パルスの立下がりにおいてはC_S経由で逆方向に電流が
流れるので、ベースの容量を早く放電すると共に、ベース内の蓄積電荷を早く
外部に排出することによりコレクタ電流(I_C)の立ち下がりも
早くなります。

0.6[V]はベース〜エミッタ間の順方向電圧


3. スピードアップ・コンデンサーの容量の決定
スピードアップ・コンデンサーの値は、蓄積電荷の電荷量と、
スピードアップ・コンデンサーに充放電する電荷の容量とが同じかやや大きめに
なるように決定するのがベストと言われているようでが、実際、解析的に
決定するのは難しく、また苦労して計算しても実際そうなるのか、
結局は実験で確認して調整することになるので、最初からアバウトに決めて
実験で調整するのが現実的なようです。(^o^;
ただ、スピードアップ・コンデンサーの機能としては、大きめの容量にしても効果が
あるのですが、大き過ぎる容量は、ベースに過大な電流が流れ
トランジスタに負担を与えることにより信頼性を損なう危険があります。
小信号用のトランジスタではだいたい10〜100[pF]あたりが相場(?)のようです。




4. 今後の課題

1. スピードアップ・コンデンサーの効果を実験で確認
スピードアップ・コンデンサーの実験は、 トランジスタ・パルス回路の実験に
記載予定。


5. 参考文献

1. パルス回路の設計(昭和56年(1981) 第20版(改訂10版)) P-34〜37 トランジスタのスイッチ動作、猪飼國夫著、CQ出版社


6. 関連項目
1. トランジスタ・パルス回路の解析− トランジスタのスイッチ動作の基本
2. トランジスタ・パルス回路の解析− CR微分回路、RC積分回路