シクライペア

電子工学において、シクライ対は相補フィードバック対とも呼ばれ、ダーリントン対に似た2つのバイポーラトランジスタの構成である。^[1]ダーリントン配置とは対照的に、シクライ対には1つのNPNトランジスタと1つのPNPトランジスタがあるため、「相補ダーリントン」と呼ばれることもある。この構成は、発明者と考えられているジョージ・C・シクライにちなんで名付けられた。 ^[要出典]

Sziklai ペアの電流ゲインは Darlington ペアの電流ゲインと似ており、2 つのトランジスタの電流ゲインの積です。図 1 は、全体として 1 つの NPN トランジスタのように動作する NPN-PNP ペアを示しています。

典型的なアプリケーションでは、Sziklai ペアは、Q1 と同じタイプ (NPN など) の単一のトランジスタのように動作しますが、電流ゲイン (β) が非常に高くなります。Q2 のエミッタはコレクタとして機能します。したがって、図 1 では Q2 のエミッタに「C」というラベルが付けられています。同様に、典型的なアプリケーションでは、Q2 のコレクタ (Q1 のエミッタにも接続) はエミッタとして機能し、「E」というラベルが付けられています。ダーリントン ペアと同様に、抵抗器(たとえば、100 Ω ～ 1 kΩ) を Q2 のエミッタとベースの間に接続して、ターンオフ時間を改善できます (つまり、高周波信号のパフォーマンスを改善できます)。^[1]

ダーリントン ペアに対する利点の 1 つは、ベースのターンオン電圧がわずか約 0.6 V で、ダーリントンの公称ターンオン電圧 1.2 V の約半分であることです。ダーリントンと同様に、約 0.6 V までしか飽和しないため、高出力ステージでは欠点となります。

相補フィードバックペアは、より一般的なダーリントンエミッタフォロワ出力段と比較して直線性と帯域幅の両方で利点があるため、パワーアンプの出力段でよく使用されます。これらは、意図した負荷が並列デバイスの使用を必要としないアンプで特に有利です。^[2]

相補フィードバックペアは、適切な条件下では優れた熱安定性という利点もあります。従来のダーリントン構成とは対照的に、静止電流は、高出力トランジスタと低出力ドライバの温度変化に対してはるかに安定しています。^{[3]これは、}クラスABアンプのSziklai出力段では、バイアスサーボトランジスタまたはダイオードを低出力ドライバトランジスタと熱的に一致させるだけでよいことを意味します。メインヒートシンクに配置する必要はありません（配置すべきではありません）。これにより、安定したクラスABアンプの設計と実装が簡素化され、エミッタ抵抗の必要性が減ります。^[4]これにより、ヒートシンクと熱的に接触する必要があるコンポーネントの数が大幅に削減され、熱暴走の可能性が減ります。

相補フィードバック ペアを使用したアンプの最適な静止電流も、ダーリントン ベースの出力段よりもはるかに低くなる傾向があり、一部のエミッタ フォロワ出力段では 100 mA 以上であるのに対し、10 mA 程度です。これは、アイドル時の消費電力が、多くの場合、同じパフォーマンスの場合、数十ワットに対して数ワット程度であることを意味します。^[2]これは、出力電力が中程度 (25 W ～ 100 W) で、忠実度が重要であり、比較的低いアイドル時の消費電力が求められる場合に、Sziklai ペアを使用する非常に説得力のある理由です。

歴史的に、設計者はダーリントン プッシュ ペア (つまり、2 つの NPN トランジスタ) と相補フィードバック プル ペア (つまり、1 つの PNP と 1 つの NPN トランジスタ) を使用する「準相補」構成を頻繁に使用していました。3 つの NPN トランジスタと 1 つの PNP トランジスタを使用するこの構成は、数十年にわたって最も一般的な小信号トランジスタがゲルマニウム PNP であったため有利でした (シリコン PNP パワー トランジスタは開発が遅く、NPN 対応のトランジスタよりも何年も高価でした)。一方、ゲルマニウム PNP デバイスを使用した場合、シリコン NPN トランジスタとは大幅に異なる特性を持つことになります。準相補トポロジでは、1 つの NPN トランジスタを使用する下側のプル ペアのパフォーマンスは、2 つの NPN トランジスタと同一のパワー デバイスで構成される上側のプッシュ ペアのパフォーマンスとより密接に一致します。^[3]

数十年にわたり、準相補出力段は理にかなったものでしたが、現在ではPNPとNPNのパワートランジスタが同等に利用可能であり、より近い性能特性を備えているため、現代のオーディオパワーアンプでは、両方のペアに同等のトポロジ（2つのダーリントンまたは2つのシクライペア）が使用されることがよくあります。^{[3] [4]}

• 米国特許 2,966,632 多段半導体信号変換回路。GCSziklai 、1960 年 12 月 27 日
• 米国特許 2,762,870 プッシュプル相補型トランジスタ増幅器。GCSziklai 、1956 年 9 月 11 日
• 米国特許 2,791,644 相補型トランジスタを備えたプッシュプル増幅器。GCSziklai 、1957 年 5 月 7 日
• ECE 327: 出力フィルタリング ラボの手順 - セクション 4 (「パワー アンプ」) では、BJT-Sziklai ペア ベースのクラス AB 電流ドライバの設計について詳しく説明します。