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rily が 2026年10月04日17時59分09秒 に編集

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この前ディスクリートヘッドホンアンプを作ったわけですが、差動増幅回路をゲインを導出して公開しておきますね。オペアンプとかアンプを作るときに参考にしてください。 差動増幅回路のゲイン = JFET - ![](https://camo.elchika.com/138d0b4112f588e051cb6d407cd3d55079f77825/687474703a2f2f73746f726167652e676f6f676c65617069732e636f6d2f656c6368696b612f76312f757365722f30623534623438322d646237382d346232382d386239642d6535323233303737643033612f34386131353438642d653564352d346361382d393363612d646338393334383330613766/) 次に初段のゲインを求めます。一つのJFETに流れるテール電流$I_{t}$が流れているときの相互コンダクタンスを$g_{m(I_{t})}$とします。

+

$I_{t1}\simeq I_{t2}\simeq I_t,R_1=R_2$とすると

-

$${A_{V(JFET)}=\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{I_tR_1}{V_{in}}}$$ このとき$g_m$によって流れる電流$I_t$は $${I_t = g_{m(I_t)}V_{in}}$$ つまり

+

$${A_{V(JFET)}=\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{V_{out+}-V_{out-}}{V_{in+}-V_{in-}}}$$ このとき$g_m$によって出力される電圧$V_{out}$は $${V_{out}=R_{1,2}I_t =g_{m(I_t)}R_{1,2}V_{in}=g_{m(I_t)}R_{1,2}(V_{in+}-V_{in-})}$$ そして$R_1=R_2$としたとき

$${A_{V(JFET)}\simeq g_{m(I_{t})}R_1}$$ ですね。 ++近似値となるのは、$g_{m(I_t)}$が$I_t$によって変化するからです。++ つまりゲイン$G_{(JFET)}$は $${G_{(JFET)}\simeq 20\log_{10}(g_{m(I_{t})}R_1)}$$ ==$g_{m(I_t)}$は$I_t$を増やすことによって増加するため、$I_t$を増やすことによりゲイン$G_{(JFET)}$も増えます。== BJT - ![キャプションを入力できます](https://camo.elchika.com/c314c814b903d00718bbff18400dd74351b2ef3d/687474703a2f2f73746f726167652e676f6f676c65617069732e636f6d2f656c6368696b612f76312f757365722f30623534623438322d646237382d346232382d386239642d6535323233303737643033612f66656162653735362d323738662d343235642d386632382d363864353131393761316639/) 同じく差動増幅回路なので

-

$${A_{V(BJT)}=\frac{V_{out}}{V_{in}}}$$

+

$${A_{V(BJT)}=\frac{V_{out}}{V_{in}}=\frac{V_{out+}-V_{out-}}{V_{in+}-V_{in-}}}$$

ここでBJTの相互コンダクタンス$g_{m(It)}$による$I_t$は $${I_t=g_{m(I_t)}V_{in}}$$ このとき$g_{m(It)}$は $${g_{m(It)}=\frac{I_t}{V_T}}$$ ボルツマン定数$k$と熱力学温度$T$、電気素量$e$で熱から得られた電子のエネルギーを$eV$とすると $${eV=kT\to V_T=\frac{k(273+t)}{e}}$$ $${g_{m(I_t)}=\frac{eI_t}{k(273+t)}=1.16\times 10^4\times \frac{I_t}{273+t}}$$ つまり$I_t$は

-

$${I_t=\frac{eI_t}{k(273+t)}=1.16\times 10^4\times \frac{I_t}{273+t}V_{in}}$$

+

$${I_t=\frac{eI_t}{k(273+t)}V_{in}=1.16\times 10^4\times \frac{I_t}{273+t}V_{in}}$$

-

そして$V_{out}$は

+

そして$R_1=R_2$としたときの$V_{out}$は

$${V_{out}=I_tR_1=1.16\times 10^4\times \frac{I_tR_1}{273+t}V_{in}}$$ つまり増幅率$A_{V(BJT)}$は $${A_{V(BJT)}\simeq 1.16\times10^4\times \frac{R_1I_t}{273-t}}$$ ゲイン$G_{(BJT)}$は $${G_{(BJT)}\simeq 20\log_{10}\{1.16\times10^4\times \frac{R_1I_t}{273-t}\}}$$ ++$I_t$と$R_1,R_2$を同じ条件としたとき、ゲイン(増幅率)はJFETよりBJTのほうが大体大きくなります。++ ==JFETのときと同様、$I_t$を増やすことによりゲイン$G_{(JFET)}$も増えます。== ゲインまとめ - - JFET $${A_{V(JFET)}\simeq g_{m(I_{t})}R_1}$$ $${G_{(JFET)}\simeq 20\log_{10}(g_{m(I_{t})}\times R_1)}$$ - BJT $${A_{V(BJT)}\simeq 1.16\times10^4\times \frac{R_1I_t}{273-t}}$$ $${G_{(BJT)}\simeq 20\log_{10}\{1.16\times10^4\times \frac{R_1I_t}{273-t}\}}$$ ==ちなみに、片方の出力($V_{out}+$あるいは$V_{out}-$)のみを使用する場合、$A_V$は半分になります。つまり$G_{half}=G-\log_{10}(2)$になります。==