アクティブ負荷

アクティブ負荷または動的負荷は、電流が安定した非線形抵抗器として機能するコンポーネントまたは回路です。

回路設計において、能動負荷とは、トランジスタなどの能動デバイスで構成された回路部品であり、大きな抵抗器を使用した場合に生じるような大きな DC 電圧降下を必要とせずに、高い小信号インピーダンスを実現することを目的としています。このような大きな AC 負荷インピーダンスは、たとえば、一部のタイプのアンプの AC ゲインを高めるために望ましい場合があります。最も一般的な能動負荷は、カレントミラー^[1]の出力部分であり、電流源として理想的な方法で表されます。通常、これは定電流抵抗器のみであり、定電圧源(以下の図の電源V _CC ) も含む電流源全体の一部です。

図 1 では、負荷は抵抗器であり、抵抗器を流れる電流はオームの法則によって次のように決まります。

${\displaystyle I_{C}={\frac {V_{CC}-V_{\text{out}}}{R_{C}}}}$。

この関係の結果として、抵抗器の両端の電圧降下はQ ポイントの電流に結びついています。バイアス電流が何らかのパフォーマンス上の理由で固定されている場合、負荷抵抗が増加すると自動的にV _outの電圧が低下します。これにより、コレクタとベース間の電圧降下V _{CB が}低下し、アンプ出力での信号振幅が制限されます (出力振幅がV _CBより大きい場合、トランジスタは信号サイクルの一部でアクティブ モードから外れます)。

対照的に、図 2 のアクティブ負荷を使用すると、理想的な電流源の AC インピーダンスは電圧降下V _CC − V _outに関係なく無限大になり、 V _CBの値が大きくなっても出力信号の振幅が大きくなります。

アクティブ負荷は、ゲインを大幅に増加させるために、 オペアンプの差動入力段で頻繁に使用されます。

実際には、理想的な電流源はカレントミラーに置き換えられますが、これは 2 つの点で理想的ではありません。まず、AC 抵抗は大きいですが、無限ではありません。次に、ミラーは動作を維持するために小さな電圧降下を必要とします (ミラーの出力トランジスタをアクティブ モードに保つため)。結果として、カレントミラーは許容される出力電圧振幅を制限しますが、この制限は抵抗器の場合よりもはるかに小さく、バイアス電流の選択にも依存しないため、回路の設計において抵抗器よりも柔軟性が残ります。

電子試験装置の分野では、アクティブ負荷は電源やその他の電力源の自動テストに使用され、無負荷から最大負荷までのさまざまな負荷条件で出力電圧と電流が仕様範囲内であることを確認します。

負荷をテストする 1 つの方法は、異なる値の抵抗器のセットと手動介入を使用します。対照的に、アクティブ負荷は、マルチターンポテンショメータなどのアナログ調整デバイス、または自動テスト セットアップのデジタル コンピューターによって電子制御によって変化する抵抗値をソースに提示します。負荷抵抗は、電源の過渡応答をテストするために、頻繁に急速に変化させることができます。

抵抗器と同様に、アクティブ負荷は電源の電気エネルギーを熱に変換します。したがって、アクティブ負荷の放熱デバイス（通常はトランジスタ）は、結果として生じる温度上昇に耐えられるように設計する必要があり、通常はヒートシンクによって冷却されます。

利便性を高めるために、アクティブ負荷には、入力に供給される電流と電圧を測定する回路が含まれることが多く、これらの測定値が数値表示で表示されることがあります。