20. 電流帰還直列注入形負帰還増幅回路

図１に電流帰還直列注入形負帰還増幅回路を示す。この回路は、CR結合増幅回路において、エミッタのバイパスコンデンサを取り外した構成となっている。CR結合増幅回路では、エミッタの抵抗は電流帰還バイアスとして働いている。そして増幅度を落とさないようにエミッタにバイパスコンデンサを取り付けている。バイパスコンデンサを取り外し、エミッタ抵抗\(R_E\)を交流信号に対しても使うことで、負帰還増幅回路となる。ただし、全体の増幅度は低下することになる。
図１より、出力電流のコレクタ電流\(i_c\)が増加すると、\(i_e = i_c + i_b \approx i_c\)なので、エミッタ電流\(i_e\)が増加する。その結果、\(R_E\)による電圧降下\(R_E i_e\)が大きくなり、エミッタ電圧\(v_e\)が高くなる。この\(v_e\)が帰還電圧となり、\(v_{be} = v_b - v_e\)なので、\(v_{be}\)が低下するので、\(i_b\)が減少し、その結果、\(i_c = h_{fe} i_b\)が減少する。つまり、負帰還がかかったことになる。
図２の等価回路より、$$v_e = R_E(i_b + h_{fe} i_b) = R_E (1 + h_{fe}) i_b $$ $$v_i = h_{ie} i_b + v_e = h_{ie} i_b + R_E (1 + h_{fe}) i_b \\= \left\{ h_{ie} + R_E (1 + h_{fe})\right\} i_b \\ \approx (h_{ie} + h_{fe} R_E) i_b $$である。また、図３より、$$v_o = -i_c R_{AL} = -h_{fe} i_b R_{AL}$$となる。ここで、\(R_{AL}\)は\(R_C\)と\(R_L\)の並列合成抵抗である。$$R_{AL} = \frac{R_C R_L}{R_C + R_L}$$

電流帰還直列注入形負帰還増幅回路（LTspice）

図４は、電流帰還直列注入形負帰還増幅回路のLTspice用回路図である。入力信号\(v_i\)は、振幅 200 mV, 周波数 1 kHzの正弦波としている。負荷抵抗値\(R_{AL}\)は、\(R_C\)と\(R_L\)の並列抵抗値なので、\(R_{AL} = 2.35 \;k \Omega\)で、\(R_E = 1\; k \Omega\)より、増幅度\(A_{vf}\)は、$$A_{vf} \approx -\frac{R_{AL}}{R_E} = 2.35$$となる。
図５がシミュレーション結果で、\(v_i\)の振幅 200 mVに対して、\(v_o\)の振幅は 465 mVとなっており、増幅度\(A_{vf}\)の概算値と良い一致を示している。また、\(v_i\)と\(v_o\)は逆相となっている。