電気・電子回路における電源回路の基礎 －ツェナーダイオード＋トランジスタ（７）－
①はじめに
電源回路の必須部品と言えば、コンデンサでしょう。例えば、代表的な電源回路ICである、３端子レギュレータの回路例などを見ると、入力コンデンサ、出力コンデンサが付加されています。
これまでに取り上げた電源回路のシミュレーションでは、入力電源として理想的な電圧源を使っていましたが、実際の入力電源は、出力インピーダンス（抵抗成分、インダクタンス成分など）を持った電圧源です。取り出す電流が増加すれば、通常は電圧が低下しますし、電圧変動が極端な場合には、瞬断もあり得るでしょう。
入力コンデンサは、このような入力電源に対して、有効な働きをすると思われますので、調べてみましょう。
②ツェナーダイオード＋トランジスタ
シミュレーション
シミュレーションファイル「ZD＋Tr＋入力コンデンサ_過渡特性.asc」を参照して下さい。
電源回路は、ＺＤ＋エミッタフォロアで、入力コンデンサ無し、1μF、10μFの回路を比較しています。入力電源の出力抵抗Roは、10Ωとしています。無負荷時電圧は12V、３種類の電圧変動成分を重畳してみました。
電圧変動タイプA
±6V（12Vpp）、10KHzの矩形波を重畳しています。矩形波の立ち上がり、立ち下がりは、ともに10nSで、かなり高速にしています。
入力電圧は6V～18Vとなりますので、ツェナー電圧6.2V以下の領域があり、DC動作的には、出力の定電圧特性が損なわれることになります。入力コンデンサ無しの回路出力Vout_A1を見ると、0.8Vppほどの矩形波状の変動が確認できます。
入力コンデンサ10μFの回路出力Vout_A3を見ると、定電圧特性となっており、拡大して変動成分を観察すると、約4.5mVppの三角波ですから、入力コンデンサの有効性が確認できました。入力コンデンサ1μFの回路出力Vout_A2を見て下さい。1μFでは、容量不足であることが如実に見て取れます。 入力コンデンサCinの回路動作を理解するためには、入力電源の出力抵抗Roとセットにして考えます。Ro＋Cinの接続形態は、RC平滑回路を構成しています。電源回路の入力端の電圧Vin_A1、Vin_A2、Vin_A3を比較観察して下さい。矩形波が平滑回路によって三角波に変換され、変動電圧のpp値が小さくなっていることが見て取れます。
入力コンデンサ10μFの回路の入力端電圧Vin_A3の電圧変動範囲を見ると、10V～13Vとなっていますので、ＺＤ＋エミッタフォロア電源回路が正常に機能しています。
電圧変動タイプB
±0.6V（1.2Vpp）、10KHzの矩形波を重畳しています。矩形波の立ち上がり、立ち下がりは、ともに10nSで、かなり高速にしています。これは、第134回と同じく、入力ノイズ除去特性を調べる目的です。
入力電源の出力抵抗Roと入力コンデンサCinによるRC平滑回路については、既に解説済みですが、ここでは、この部分をRCローパスフィルタ回路として考えると理解しやすいと思います。入力に含まれる高周波成分を取り除くことにより、出力でのオーバーシュートの発生を無くしています。
電圧変動タイプC
－12V、10μSのパルス（周期10KHz）を重畳しています。パルスの立ち上がり、立ち下がりは、ともに10nSで、かなり高速にしています。入力電圧は0V～12Vとなり、10μSの瞬断を想定しました。入力コンデンサの働きについては、上記の項目と同じです。各部の波形を確認してみて下さい。
今回の一言
通常、入力電源の出力抵抗は、小さいことが望ましいと思われますが、入力コンデンサとの組み合わせでは、回路の一部として有用となる場合があることを発見できました。もし、出力抵抗が小さい入力電源で、かつ、条件が許すならば、入力抵抗（または、インダクタ）を追加した上で入力コンデンサと組み合わせることも検討すべきでしょう。
次回は、出力コンデンサについて考えてみたいと思います。
今回取り上げましたサンプルファイルを使うには、アナログ・デバイセズのサイトよりLTspiceをダウンロードしてご利用下さい。
