回路シミュレーション LTspice の使い方(6) 「プッシュ・プル回路」 クロスオーバー歪みの対応

## 概要
プッシュ・プル回路のクロスオーバー歪みの対応

## はじめに
前回「回路シミュレーション LTspice の使い方(5) プッシュ・プル回路」
http://qiita.com/exabugs/items/a211553614b3a0f22f6b
では、「入力インピーダンスの低い負荷をドライブする」回路を作成しました。
しかし実は、0V近辺で「クロスオーバー歪み」が発生していることがわかりました。
今回は、その歪み解消に挑戦します。
(「<a  href="http://www.amazon.co.jp/gp/product/B01BCF8KRQ/ref=as_li_qf_sp_asin_tl?ie=UTF8&camp=247&creative=1211&creativeASIN=B01BCF8KRQ&linkCode=as2&tag=exabugs-22">トランジスタ技術 2016年 4月号</a><img src="http://ir-jp.amazon-adsystem.com/e/ir?t=exabugs-22&l=as2&o=9&a=B01BCF8KRQ" width="1" height="1" border="0" alt="" style="border:none !important; margin:0px !important;" />」を参考にしました。)

## 改良前
前回作成した、コンプリメンタリなトランジスタ２個を使った「プッシュ・プル」回路
![スクリーンショット 2016-04-14 12.43.30.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/c9b435ba-7f6e-c71c-c2fa-655d24e97f31.png)

0V近辺でクロスオーバー歪みが発生している様子
![スクリーンショット_2016-04-14_12_39_57.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/8ac67968-a29b-c23c-2775-a0304a9a0ed6.png)

拡大図 (0V近辺)
![スクリーンショット_2016-04-14_12_56_03.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/4be32fa8-0751-0bb4-5413-b389b95beb18.png)



## 改良後
 - ダイオードを使ってバイアス回路を追加すると、0v近辺でトランジスタQ1,Q2が滑らかに切り替わる。
![スクリーンショット 2016-04-14 12.43.24.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/4c452cb2-8dcf-8630-d71f-84f76d1b9bcf.png)

クロスオーバー歪みが解消した様子
![スクリーンショット 2016-04-14 12.38.41.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/8393cfe0-c099-9751-f0cb-96647fb99c2b.png)

拡大図 (0V近辺)

![スクリーンショット 2016-04-14 12.56.08.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/27418410-b007-9b04-9248-35c7eead2dbb.png)



## フーリエ変換
### 改良前
![スクリーンショット 2016-04-14 12.38.02.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/99276aab-f7ce-40c3-f33b-e8d4edbf46a8.png)

### 改良後
![スクリーンショット 2016-04-14 12.38.07.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/680b5276-b96c-faa2-4cb5-284c321f1e6c.png)

## 電流
オペアンプの出力電流と、トランジスタのベース電流は、以下の様子。

### 改良前
![スクリーンショット 2016-04-16 22.30.40.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/722e44da-46ec-2e89-3f05-92c0aadb1d79.png)



### 改良後
オペアンプの出力電流は、改良前より多く必要になる。
![スクリーンショット 2016-04-16 22.30.35.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/aa172c78-144f-edf6-733f-16ec941e3387.png)


## 考察
 - 入力信号とトランジスタのベース電圧を比較すると、±0.7Vのバイアスがかかっている。
 - それによって、0V付近でも、どちらかのトランジスタを稼働させることができる。

![スクリーンショット 2016-04-14 13.12.01.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/26913a23-3836-0f0d-b863-a0fb54077231.png)

拡大図
![スクリーンショット 2016-04-14 13.25.32.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/69410/9508bb28-0ad2-2fac-692c-0fb11b427e15.png)




## おわりに
 - ダイオードと抵抗を足すだけで、気持ち悪いクロスオーバー歪みをスカッと解消することが出来ました。
 - アナログ回路の世界では、きっと、お約束なんだろう。こういった定石の回路を覚えていく必要があると思いました。

## 付録

今回使用しているトランジスタの、LTspiceデータは以下となります。

「回路シミュレーション LTspice の使い方(2) 部品の追加」
http://qiita.com/exabugs/items/5bfb3a575ce05bb6cbde

```
*Low Noise Amp PC=0.4W Ic=0.15A Vcbo=60V Complementary 2SA1015
.model 2SC1815 NPN(Is=2.04E-15 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=300 Ne=1.5 Ise=0
+ Vceo=50 Icrating=150m mfg=TOSHIBA
+ Ikf=200m Xtb=1.5 Br=3.377 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=1p Mjc=.3333
+ Vjc=.75 Fc=.5 Cje=25p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=450n Tf=20n Itf=0 Vtf=0 Xtf=0)
```

```
*Low Noise Amp PC=0.4W Ic=0.15A Vcbo=50V Complementary 2SC1815
.model 2SA1015 PNP(Is=295.1E-18 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=300 Ne=1.5 Ise=0
+ Vceo=50 Icrating=150m mfg=TOSHIBA
+ Ikf=200m Xtb=1.5 Br=10.45 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=15 Cjc=66.2p
+ Mjc=1.054 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=5p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=10n Tf=1.661n Itf=0 Vtf=0 Xtf=0)
```


#### Vb-Ib 特性
|項目　　|2SC1815　|2SA1015　|内容　　　　　　　　　　　　　　　|単位|デフォルト|
|---|---:|---:|:---|:---:|---:|
|Is|2.04E-15|295.1E-18|伝達飽和電流|A|1.00E-16|
|Eg|1.11|1.11|バンドギャップバリア電位|eV|1.11|
|Xti|3|3|IS温度効果べき乗指数|-|3|

#### hfe 特性
##### 順方向
|項目　　|2SC1815　|2SA1015　|内容　　　　　　　　　　　　　　　|単位|デフォルト|
|---|---:|---:|:---|:---:|---:|
|Vaf|100|100|順方向アーリー電圧|V|∞|
|Bf|300|300|順方向理想最大増幅率|-|100|
|Ikf|200m|200m|順方向高電流域のロールオフポイント|A|∞|
|Ise|0|0|B-E間漏れ電流飽和電流|A|0|
|Nr| | |順方向電流放出係数|-|1|
|Ne|1.5|1.5|B-E間漏れ電流放出係数|-|1.5|

#### 逆方向
|項目　　|2SC1815　|2SA1015　|内容　　　　　　　　　　　　　　　|単位|デフォルト|
|---|---:|---:|:---|:---:|---:|
|Var| | |逆方向アーリー電圧|V|∞|
|Br|3.377|10.45|逆方向理想最大増幅率|-|1|
|Ikr|0|0|逆方向高電流域のロールオフポイント|A|∞|
|Isc|0|0|B-C間漏れ電流飽和電流|A|0|
|Nr| | |逆方向電流放出係数|-|1|
|Nc|2|2|B-C間漏れ電流放出係数|-|2|



#### 電極間容量 特性
|項目　　|2SC1815　|2SA1015　|内容　　　　　　　　　　　　　　　|単位|デフォルト|
|---|---:|---:|:---|:---:|---:|
|Cjc|1p|66.2p|B-C間-バイアス時P-N接合容量|F|0|
|Mjc|.3333|1.054|B-C間P-N接合勾配係数|-|0.33|
|Vjc|.75|.75|B-C間ビルトイン(基底)電圧|V|0.75|
|Cje|25p|5p|B-E間-バイアス時P-N接合容量|F|0|
|Mje|.3333|.3333|B-E間P-N接合勾配係数|-|0.33|
|Vje|.75|.75|B-E間ビルトイン(基底)電圧|V|0.75|


#### スイッチング 特性
|項目　　|2SC1815　|2SA1015　|内容　　　　　　　　　　　　　　　|単位|デフォルト|
|---|---:|---:|:---|:---:|---:|
|Tr|450n|10n|逆方向理想通過時間|Sec|0|
|Tf|20n|1.661n|順方向理想通過時間|Sec|0|

#### その他 特性
|項目　　|2SC1815　|2SA1015　|内容　　　　　　　　　　　　　　　|単位|デフォルト|
|---|---:|---:|:---|:---:|---:|
|Vceo|50|50|
|Icrating|150m|150m|
|mfg|TOSHIBA|TOSHIBA|
|Xtb|1.5|1.5|BF-BR温度係数|-|0|
|Rc|1|15|コレクタのオーミック抵抗|Ω|0|
|Fc|.5|.5|順バイアス時の空乏層容量係数|-|0.5|
|Itf|0|0|通過時間のIc依存性|A|0|
|Vtf|0|0|通過時間のVb依存性|V|∞|
|Xtf|0|0|通過時間バイアス依存係数|-|0|


参考： 
http://www.ms1.mctv.ne.jp/sifoen.project/SPICE/Spice-Menu.htm
http://www.ms1.mctv.ne.jp/sifoen.project/SPICE/Spice-Doc/(BJT)Spice%20Parameter.pdf