能動負荷(アクティブ・ロード)とは?回路と特性について解説

能動負荷

能動負荷とは、電流が一定である非線形抵抗回路で、能動素子(トランジスタ)を使って構成されます。
アクティブ・ロードとも呼ばれます。
抵抗のような受動素子(パッシブ・ロード)との大きな違いは、インピーダンスが非常に大きい(理想的には無限大)であることです。

代表的な回路例としては定電流源やカレントミラーが挙げられます。

本稿では、能動負荷の特性と使用するメリットなどを解説していきます。

代表的な回路

能動負荷の代表的な回路には、次のような定電流源やカレントミラーがあります。

カレントミラーと電流源回路

アクティブ・ロードの特性

エミッタ接地回路

左が抵抗負荷で右が能動負荷です。
横軸をベース電流として、それぞれのコレクタ電流と出力電圧の関係を見てみましょう。

抵抗負荷と能動負荷の違い

抵抗負荷の場合、コレクタ電流に比例して出力電圧:Vo1が低下していきますが、能動負荷の場合はコレクタ電流が能動負荷の電流に達したところで一気に電圧が低下します。

したがって、能動負荷はコンパレータの出力段などに使うことで、急峻な電圧の切り替わりを得られるというメリットがあります。

コンパレータの設計方法

増幅率の違い

能動負荷はインピーダンスが非常に高いため、増幅回路で使うことで増幅率を高くすることができます。

エミッタ接地の場合で考えると、増幅率は

増幅率

で計算できます。
Gmはトランジスタのトランスコンダクタンス、ZLが負荷のインピーダンスです。

インピーダンスが高いほど増幅率が高くなることが分かります。

差動増幅回路の出力にカレントミラー(アクティブ・ロード)が用いられることが多いのは、増幅率を大きくするためです。

差動増幅回路の動作原理

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