ミラー効果

ミラー効果についての解説

概要

ミラー効果は、反転増幅回路において特定の静電容量が接続された際に、その容量が実際よりも大きく見える現象を指します。具体的には、利得が A の反転増幅器の入出力端子間に静電容量 C が接続されると、入力端子からは (1 + A)C の容量があるかのように振る舞います。

反転増幅器の特性は、理想的には入力インピーダンスが無限大、出力インピーダンスがゼロであることが挙げられます。ここで、入出力端子間に静電容量 C を追加すると、回路の利得は -A となります。この状況では、入力信号を V_in、出力信号を V_out、入力電流を I_in として考えられます。

このようにして、入力端子から見たインピーダンス Z_in は次のように表現されます。

Z_in = (1 + A)C

この式が示す通り、実際には (1 + A) 倍の容量 C が接続されているのと同様の効果が生まれます。特に、この効果は利得 A が大きくなるほど顕著に現れるため、小さな静電容量でも非常に大きな等価容量となる可能性があります。ただし、入力信号が一定の状態で、つまり変化がない場合には、周波数 ω が 0 となり、Z_in は無限大になり、ミラー効果は無効化されます。

回路動作への影響

一般には、信号源と接続される増幅回路の間には何らかのインピーダンスが存在します。このインピーダンスと、先ほど述べたミラー効果による静電容量が重なることで、ローパスフィルタが形成され、高周波特性に制約が生じます。

したがって、効率の良い高周波特性を持つ増幅回路を設計するためには、可能な限り帰還容量の小さな素子を利用するか、もしくは帰還容量の影響を抑えるための工夫が求められます。

考慮すべき素子

以下に挙げる増幅機能を持つ電気素子については、ミラー効果の影響を考慮することが重要です。

• - トランジスタ：ベース・コレクタ間の容量
• - FET：ゲート・ドレイン間の容量
• - オペアンプ：入力・出力間の容量
• - 真空管：グリッド・プレート間の容量
• - IGBT：ゲート・コレクタ間の容量

これらの電気素子は、それぞれの独自の特性や動作条件を持つため、ミラー効果の影響を十分に理解し、設計や使用にあたって適切に対策を講じる必要があります。

まとめ

ミラー効果は、電子回路設計において重要な概念の一つであり、特に増幅器の高周波特性に大きな役割を果たしています。設計者は、この効果を正しく理解し、利用することで、より良い回路性能を引き出すことができるでしょう。

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