前言......
以前在我學生時代，基於對電子電路的興趣與愛好，很喜歡研究各種電子電路，經常在腦子裏思考研究各種電路設計的動作原理和優缺點，並進一步推想各種改進電路的方法，而且省吃儉用存錢買零件回來實際加以實驗驗證。
剛開始，一些基本簡單的電路實驗，借用學校的儀器設備，還可以順利進行。但漸漸對電子電路研究得更深入，很多實驗需要價格高昂的儀器設備才能進行，因此很多關於電路設計的推論，只能在腦子裏空想，難以實際進行實驗驗證。
當年我曾研究思考過 Diamond Buffer電路，對 Diamond Buffer電路的設計有一些想法，但欠缺價格高昂的儀器設備來進行實驗。如今，我仍然欠缺價格高昂的儀器設備，但是拜電腦科技發達所賜，電路實驗可以運用電路模擬軟體在電腦上來進行，因此我對 Diamond
Buffer電路設計的一些想法，可以一一在電腦上實驗印證。
本文將採用 OrCad PSPICE這個電路模擬軟體，針對六種 Diamond Buffer電路及一種用JFET驅動 BJT 的 Buffer電路進行一系列的實驗，詳細探討比較各種 Diamond Buffer電路在各方面的性能。
基本上，這篇文章算是一篇實驗報告。我儘可能將實驗的過程鉅細靡遺地加以紀錄，整個過程冗長繁瑣，請各位讀者務必詳細比較每一張圖之間的差異，並深入思考這些差異所代表的意義。相信經由這一篇實驗報告，一定可以讓各位更深入、更徹底的了解 Diamond
Buffer電路，進而從電路的微妙變化中，對 Diamond Buffer電路有完全嶄新的認識。
Diamond Buffer的演化......
最基本的緩衝器 Buffer電路是像【圖 1】所示的電晶體射極隨耦器。
這樣的射極隨耦器電路的輸入與輸出之間的直流電位相差了一個電晶體射極 PN接面的順向壓降。因此將 NPN型電晶體與PNP型電晶體接成單端互補推挽輸出型式時，必須像
【圖 2】的電路那樣，加上 D1、D2兩個二極體做為輸出電晶體的偏壓，用來抵消電晶體射極 PN接面的順向壓降，這樣就可以讓輸入與輸出之間的直流電位相同。
【圖 2】的電路是以 D1、D2兩個二極體做為輸出電晶體的偏壓，如果用電晶體射極 PN接面取代二極體做為輸出電晶體的偏壓，便形成了【圖 3】的電路。由於二極體沒有電流放大作用，而電晶體則具有電流放大作用，因此
【圖 3】的電路比【圖 2】的電路的輸入阻抗更高，成為更理想的緩衝器 Buffer電路。
【圖 3】的電路由於四個電晶體成菱形排列，因而稱之為 Diamond Buffer。
【圖 1】
【圖 2】
【圖 3】
頻率響應......
在實用上，由於不同電晶體之間，射極 PN接面的順向壓降會有相當大的誤差，而且容易受溫度影響，因此在電路設計時，【圖 3】這個電路中，各個電晶體的工作電流難以掌握，所以除了 IC內部的電路之外，實際上用分立元件組成的 Diamond Buffer電路是像
【圖 4】這個樣子，在四個電晶體的射極加上射極電阻，用來穩定各個電晶體的工作電流，這是最基本的 Diamond Buffer電路。
【圖 4】
我把電路的工作電流設定為前面驅動的兩個電晶體工作電流約在 4mA，後面輸出的兩個電晶體工作電流約在 15mA，如【圖 5】所示。
【圖 5】顯示的只是這個電路各個節點的靜態電流，又稱為電路的偏流( bias)。偏流的目的是為了讓電晶體這一類非線性元件，可以工作在設計者所設定的一個較線性的區域。
【圖 5】
這個基本的 Diamond Buffer電路用 OrCad PSPICE模擬出來的頻率響應和相位響應如
【圖 6】所示。圖中的綠線為頻率響應曲線，縱軸的單位為 dB。紅線為相位響應曲線，縱軸的單位為角度( ° )。
從
【圖 6】可以很明顯看出這個基本的 Diamond Buffer電路的增益比 0 dB略小一些，也就是說它的增益略小於 1，其原因除了電晶體射極內阻的影響之外，主要是 R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所導致。但 R1、R9是提供 Q2、Q5射極偏流所必須，如果 R1、R9改成高阻抗的恆流源將可以改善此一缺點。
【圖 6】
如果把
【圖 4】中的 Q2、Q5改成 Sziklai Pair電路就成為 【圖 7】的電路。
Sziklai Pair電路又稱為互補式達靈頓電路。雙極性電晶體的集極電流與基極電流的比值通常稱為 β 值，代表著雙極性電晶體的電流增益特性。將兩個電晶體接成達靈頓電路或 Sziklai Pair電路，可以相當於一個 β 值超高的電晶體。達靈頓電路或 Sziklai
Pair電路的 β 值約為兩個電晶體 β 值的乘績，如果兩個電晶體的 β 值相等，則達靈頓電路或 Sziklai Pair電路的總 β 值為兩個電晶體個別 β 值的平方。達靈頓電路或 Sziklai Pair電路的缺點就是電晶體的漏電電流也變成 β 倍，電晶體集極與射極間的阻抗減小為 1/ β 。
達靈頓電路與 Sziklai Pair電路的比較：
達靈頓電路將兩個雙極性電晶體的射極接面串聯，使得射極接面的順向電壓加倍。Sziklai Pair電路的射極接面的順向電壓則沒有加倍。
達靈頓電路的前一個電晶體是以電晶體三種基本放大電路組態中的共集極組態去驅動後一個電晶體，所以達靈頓電路本身兩個電晶體都是射極隨耦器的形式。Sziklai Pair電路的前一個電晶體則是以共射極組態去驅動後一個電晶體，並且後一個電晶體又以共射極組態輸出至前一個電晶體的射極，形成“環路負回授”所以 Sziklai
Pair電路本身兩個電晶體都是共射極組態的形式。而電晶體三種基本放大電路組態中，共射極組態的輸出延遲最嚴重，因此 Sziklai Pair電路的缺點為輸出延遲較嚴重，高頻工作較不穩定、容易自激。
【圖 7】
我第一眼看到
【圖 7】這個 Sziklai Diamond Buffer電路的感覺是：R1、R9決定兩個 Sziklai Pair的偏流，如果 Sziklai Pair的偏流為 4 mA，電晶體的 β 值為 200，那麼 Q2、Q5的偏流不就只剩下 20 μA而已，比電晶體的漏電電流大不了多少！Sziklai
Pair電路又是兩個共射極組態形成“環路負回授”，如果有大振幅、迴轉率很高、變化速度很快的訊號輸入，由於 Sziklai Pair電路前一個電晶體的輸出延遲，導致後一個電晶體較慢反應，那麼 Sziklai
Pair電路前一個電晶體很容易在輸入訊號高速變化的瞬間發生截止，也就是在“環路負回授”中發生瞬間輸入過荷而產生“瞬態互調失真 TIM”。
由於 Sziklai Pair電路的輸入電晶體射極接面流過的電流太小，射極接面的順向電壓較小，為了讓【圖 7】維持跟【圖 4】大小相當的偏流，因此 R2、R8的阻值必須加大。這個電路的偏流如【圖 8】所示。
【圖 8】
R2、R8的阻值加大，使得 R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所造成的增益下降更嚴重！從【圖 9】這個 Sziklai Diamond Buffer電路的頻率響應和相位響應中可以看出，其增益比
【圖 4】電路更低。其頻寬也遠低於【圖 4】電路的頻率響應和相位響應。
【圖 9】的頻率響應高頻端的大幅突起也顯示 Sziklai Pair電路的輸出延遲較嚴重，高頻工作較不穩定、容易自激。
【圖 9】
【圖 7】的電路中，Q2、Q5偏流太小的問題可以用【圖 10】的方式解決。
【圖 10】
【圖 10】的電路中，各節點的偏流如【圖 11】所示。
Q2、Q5的偏流大了一些，射極接面的順向電壓也大了一點，所以 R2、R8的阻值改成 31 Ω 。
【圖 11】
【圖 12】為【圖 10】的頻率響應和相位響應。其頻寬雖然變寬了，但 R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所造成的增益下降的問題仍然很明顯。高頻的諧振點移到更高的頻率。
【圖 12】
【圖 13】跟【圖 10】的差異在於【圖 13】將 R2、R8納入 Sziklai Pair電路的“環路負回授”之中。
【圖 13】
【圖 13】的電路中，各節點的偏流如【圖 14】所示。
流過 R2、R8的電流減少，所以 R2、R8的阻值改成 86Ω 。
【圖 14】
【圖 13】的電路中，R2、R8的阻值雖然加大，但由於“環路負回授”使輸出阻抗變小，所以從【圖 15】這個頻率響應和相位響應曲線圖中可以看出，【圖 13】的電路的電壓增益比起【圖 4】、【圖 7】、【圖 10】等電路更接近 0 dB！R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所造成的增益下降的問題反而大幅減輕。
【圖 15】
將【圖 4】這個最基本的 Diamond Buffer電路的 R1、R9改成高阻抗的恆流源則成為【圖 16】的電路。
【圖 16】
【圖 16】的電路各個節點的偏流如【圖 17】所示。
【圖 17】
【圖 18】為【圖 16】的頻率響應和相位響應。恆流源的高阻抗使得電壓增益相當接近 0 dB。
圖中頻率響應高頻端的突起是恆流源的電晶體極際電容所造成，通常可以在恆流源電晶體的集極串個電阻來減少電晶體極際電容的影響，但恆流源電晶體的集極串個電阻也會減少恆流源有效工作的電壓範圍。
【圖 18】
【圖 16】的電路算是最普遍、最典型的 Diamond Buffer電路，但 Diamond Buffer的輸出晶體的驅動電流被電路中的恆流源所限制，因此我突發奇想畫了【圖 19】的電路，將【圖 16】電路中的恆流源改成電流鏡，目的是讓輸出晶體的驅動電流可以隨著輸出電流的變大而變大，讓 Diamond Buffer更能應付大電流輸出，這是我對 Diamond Buffer電路的創意之一。
【圖 19】
【圖 19】
的電路是沒辦法工作的！因為電路中 Q2的偏流是由 Q5的集極電流經電流鏡反射來提供，反過來 Q5的偏流是由 Q2的集極電流經電流鏡反射來提供，但 Power on之後 Q2、Q5並不會自己導通，那麼電流鏡也沒有電流，這樣一來整個電路都處於截止狀態、沒有電流。為了啟動電路，我再畫了
【圖 20】的電路，加了 R12這個電阻，讓電流鏡在 Q2、Q5截止時仍會有一些電流，這是我對 Diamond Buffer電路的創意之二。
【圖 20】
【圖 20】的電路仍然是沒辦法工作的！因為【圖 20】的電路啟動了之後，電路的電流就會無法控制的一直增加，而致電路燒毀！為了控制電路的偏流，我又畫了【圖 21】的電路，將 Q2、Q5射極電阻的電壓箝制住，Q2、Q5的偏流便穩定下來，電流鏡的電流也跟著固定，這是我對 Diamond Buffer電路的創意之三。
【圖 21】的電路可以說是我所發明的一個新的 Diamond Buffer電路。
我原本想用順向電壓約 1.5V的紅色LED來箝制 Q2、Q5射極電阻的電壓，但是我並沒有紅色 LED的 Spice Model，只好找兩個 1N4148跟一個 SB05-09的蕭特基二極體湊出約 1.5V的壓降來進行模擬，若實際製作電路時將會採用紅色 LED。
【圖 21】
【圖21】的電路各個節點的偏流如
【圖 22】所示。電流鏡的電流增益設定在兩倍左右。
【圖 22】
【圖 23】為【圖21】的頻率響應和相位響應。頻寬跟使用恆流源的 Diamond Buffer相當，電壓增益也相當接近 0 dB，只是高頻端的突起高了些。
【圖 23】
【圖 24】為使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer電路，利用 JFET的 G極與 S極的 PN接面要逆偏，雙極性電晶體基極與射極的 PN接面則要順偏，湊起來就成為一個既簡單又性能優異的 Buffer電路。
這種電路由於不會像一般的 Diamond Buffer的輸出晶體的驅動電流被電路中的限流電阻或恆流源所限制，所以其迴轉率遠高於一般的 Diamond Buffer電路，但是它的迴轉率未必會高於【圖 21】我所發明的新 Diamond Buffer電路！這一點將會在方波響應的實驗中證實。
【圖 24】
【圖24】的電路各個節點的偏流如 【圖 25】所示。設計這種電路時必須注意選用的 JFET的 Vgs(off)要大於輸出電晶體射極接面的電壓加上射極電阻的壓降，不然 JFET還沒能驅動雙極性電晶體就已經截止了！
【圖 25】
【圖 26】為【圖24】的頻率響應和相位響應。頻寬雖然稍微窄了一點點，但頻率響應相當平順，沒有突起，電壓增益也相當接近 0 dB。
【圖 26】
電源斥拒比 PSRR......
任何電路的電源都難免會有漣波或突波、雜訊，為了防止電源的漣波、突波或雜訊影響到輸出訊號，一個好的放大電路或 Buffer必須要有很高的“電源斥拒比 PSRR”。
這幾個電路都是用正負雙電源，所以我設計了三種 PSRR的實驗，
第一種是只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號。
第二種是正負電源都加交流干擾訊號，但正負電源所加的交流干擾訊號的相位相同。
第三種也是正負電源都加交流干擾訊號，但正負電源所加的交流干擾訊號的相位相反。
【圖 27】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 28】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的 PSRR大約只有接近 46dB而已，而且在 1MHz左右開始劣化。這個電路影響 PSRR的主要原因是 R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所導致，如果 R1、R9改成高阻抗的恆流源將可以改善這個電路的 PSRR。
【圖 27】
【圖 28】
【圖 29】是第一種 Sziklai Diamond Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 30】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個 Sziklai Diamond Buffer的PSRR比最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer更差，大約只有 40dB而已，而且在 100KHz左右開始劣化，這跟 Sziklai Pair電路的高頻特性不佳有關。這個電路影響 PSRR的主要原因跟最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer一樣，是 R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所導致。由於 Sziklai Pair電路的輸入電晶體射極接面的順向電壓變小，R2、R8必須變大才能維持同樣的偏流，導致 PSRR更差。
【圖 29】
【圖 30】
【圖 31】是第二種 Sziklai Diamond Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 32】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR跟最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer差不多，大約為 46dB，也是在 1MHz左右開始劣化，Q2、Q5的偏流加大讓高頻特性改善不少。這個電路影響 PSRR的主要原因跟最基本的四個電晶體組成的 Diamond
Buffer一樣，是 R1、R2的分壓以及 R8、R9的分壓所導致。R2、R8雖然比最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer大一些，但 Sziklai Pair電路的射極輸出阻抗較小，所以維持 PSRR不致於變差。
【圖 31】
【圖 32】
【圖 33】是第三種 Sziklai Diamond Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 34】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR較佳，大約接近 63dB，在 100KHz左右開始劣化，但即使在 1MHz，其 PSRR仍然較最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer還高。這個電路 R2、R8雖然加大到 86Ω，但由於 R2、R8包含在 Sziklai Pair電路的“環路負回授”之中，所以射極輸出阻抗反而更小，所以 PSRR性能變好。
【圖 33】
【圖 34】
【圖 35】是改用恆流源的 Diamond Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 36】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個使用恆流源的 Diamond Buffer的 PSRR更好，達到將近 69dB，在 100KHz左右開始劣化。這個電路影響 PSRR的主要原因是電晶體 C-E極間的阻抗跟 Q2、Q5射極電阻的分壓所導致。
【圖 35】
【圖 36】
【圖 37】是我改成電流鏡的 Diamond Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 38】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個改成電流鏡的 Diamond Buffer比使用恆流源的 Diamond Buffer的 PSRR更好一點點，更接近 69dB，也在 100KHz左右開始劣化。這個電路影響 PSRR的主要原因一樣是電晶體 C-E極間的阻抗跟 Q2、Q5射極電阻的分壓所導致。
【圖 37】
【圖 38】
【圖 39】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer，只將交流干擾信號加在正電源，負電源不加交流干擾信號，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 40】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的 PSRR只有 58dB而已，也在 100KHz左右開始劣化。這個電路影響 PSRR的主要原因是 JFET D-S極間的阻抗所導致。
【圖 39】
【圖 40】
【圖 41】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 42】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的 PSRR從接近 46dB降到 40dB不到。因為正負電源都加的交流信號相位相同，使得輸出端的訊號增加所致。
【圖 41】
【圖 42】
【圖 43】是第一種 Sziklai Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 44】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個第一種 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR從接近 40dB降到 34dB。
【圖 43】
【圖 44】
【圖 45】是第二種 Sziklai Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 46】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個第二種 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR從 46dB降到 40dB。
【圖 45】
【圖 46】
【圖 47】是第三種 Sziklai Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 48】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個第三種 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR從 63dB降到 57dB。
【圖 47】
【圖 48】
【圖 49】是改用恆流源的 Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 50】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個改用恆流源的 Diamond Buffer的 PSRR從 69dB降到 64dB。
【圖 49】
【圖 50】
【圖 51】是改成電流鏡的 Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 52】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個改成電流鏡的 Diamond Buffer的 PSRR從 69dB降到 64dB。
【圖 51】
【圖 52】
【圖 51】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相同，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 52】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的 PSRR從 58dB降到 55dB。
【圖 53】
【圖 54】
正負電源都加交流信號，而且相位相同的實驗顯示 PSRR會變差，但相位相反時又如何呢？請看下面的實驗。
【圖 55】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 56】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的 PSRR竟然從接近 46dB增加到接近 88dB。這是因為正負電源加的交流干擾信號相位相反，使得輸出端的訊號
互相抵消所致。
【圖 55】
【圖 56】
【圖 57】是第一種 Sziklai Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 58】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個第一種 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR從接近 40dB增加到 80dB。
【圖 57】
【圖 58】
【圖 59】是第二種 Sziklai Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 60】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個第二種 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR從 46dB增加到 84dB。
【圖 59】
【圖 60】
【圖 61】是第三種 Sziklai Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 62】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個第三種 Sziklai Diamond Buffer的 PSRR從 63dB增加到 80dB。
【圖 61】
【圖 62】
【圖 63】是改用恆流源的 Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 64】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個改用恆流源的 Diamond Buffer的 PSRR從 69dB增加到 79dB。
【圖 63】
【圖 64】
【圖 65】是改成電流鏡的 Diamond Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 66】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個改成電流鏡的 Diamond Buffer的 PSRR從 69dB增加到 80dB。
【圖 65】
【圖 66】
【圖 67】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer，正負電源都有加交流干擾信號，而且相位相反，Buffer的輸入端短路到地。
【圖 68】是其輸出端對電源交流干擾訊號所產生的頻率響應。
這個使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的 PSRR從 58dB增加到 61dB。
【圖 67】
【圖 68】
由這的 PSRR的實驗可知，Buffer<span lang="en">的正負電源上的漣波如果相位相反，可以大幅提高 Buffer 的 PSRR值。
諧波失真 THD......
我在 OrCad PSPICE上實驗諧波失真的方法是將電路輸入正弦波，使用 OrCad PSPICE的“快速傅立葉變換 FFT”的功能，把輸出波形轉換成頻譜來觀察失真成分。
【圖 69】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer輸入 10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 70】是其輸出波形的頻譜。
以基頻為 10V、諧坡成分 1mV為例，失真為 0.01%。這個最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的三次諧坡失真大約在 0.01%，其他的諧坡都低於 0.01%。
【圖 69】
【圖 70】
【圖 71】是第一種 Sziklai Diamond Buffer輸入 10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 72】是其輸出波形的頻譜。
這個第一種 Sziklai Diamond Buffe跟最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer相比，低次諧波失真似乎小一點點，高次諧波失真似乎較多。
【圖 71】
【圖 72】
【圖 73】是第二種 Sziklai Diamond Buffer輸入 10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 74】是其輸出波形的頻譜。
這個第二種 Sziklai Diamond Buffe的三次諧坡失真小一點點，但其他的低次諧坡失真卻大得多，高次諧波失真似乎較少。
【圖 73】
【圖 74】
【圖 75】是第三種 Sziklai Diamond Buffer輸入10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 76】是其輸出波形的頻譜。
這個第三種 Sziklai Diamond Buffer雖然頻率響應和 PSRR的特性較佳，但諧坡失真比第二種 Sziklai Diamond Buffer的諧坡失真還要大。
【圖 75】
【圖 76】
【圖 77】是改用恆流源的 Diamond Buffer輸入 10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 78】是其輸出波形的頻譜。
這個改用恆流源的 Diamond Buffer的諧坡失真比最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的諧坡失真要小得多。
【圖 77】
【圖 78】
【圖 79】是改成電流鏡的 Diamond Buffer輸入 10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 80】是其輸出波形的頻譜。
這個改成電流鏡的 Diamond Buffer的諧坡失真跟改用恆流源的 Diamond Buffer的諧坡失真差不多。
【圖 79】
【圖 80】
【圖 79】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer輸入 10V 1KHz正弦波訊號的電路。
【圖 80】是其輸出波形的頻譜。
這個使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的諧坡失真比改用恆流源的 Diamond Buffer的諧坡失真大一點。
【圖 81】
【圖 82】
方波響應......
方波測試其實就是在測試電路的“步階暫態響應”。從方波響應可以看出電路的反應速度、穩定性這方面的特性。
在 OrCAD PSPICE上，我都是以脈波來測試電路的“步階暫態響應”。
【圖 83】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 84】是其輸出波形。
最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，從它的輸出波形可以看出其迴轉率非常高，估計達 1000V/μS以上，只是轉角的地方稍有欠缺而已。
【圖 83】
【圖 84】
【圖 85】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 10μS，振幅 ±10V。
【圖 86】是其輸出波形。
第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”就出現了大問題，顯然由於電晶體輸出延遲的關係，Sziklai pair兩個電晶體不能在同一時間反應，使得上升跟下降的波形分段。
【圖 85】
【圖 86】
【圖 87】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 88】是其輸出波形。
第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”雖然比第一種 Sziklai Diamond Buffer好多了，但上升跟下降波形分段的問題仍然存在。
【圖 87】
【圖 88】
【圖 89】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 90】是其輸出波形。
第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”跟第二種 Sziklai Diamond Buffer差不多。
【圖 89】
【圖 90】
【圖 91】是改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 92】是其輸出波形。
改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”比最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer在轉角上的欠缺稍微大了些。
【圖 91】
【圖 92】
【圖 93】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 94】是其輸出波形。
改成電流鏡的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”在轉角上不是缺角，而是有些過衝。
【圖 93】
【圖 94】
【圖 95】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的“步階暫態響應”， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 96】是其輸出波形。
使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的“步階暫態響應”最理想。
【圖 95】
【圖 96】
前面做的“步階暫態響應”實驗可以發現 Buffer的迴轉率都非常高，但這樣的實驗並不實際！
實際的電路由於雜散電容無所不在，Buffer經常用來改善由於負載中含有的電容成分所造成的高頻衰減，所以我在這七種 Buffer的負載加上 1000PF的電容，重新做一次“步階暫態響應”的實驗。
【圖 97】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 98】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，它的輸出波形的迴轉率就降了下來，估計約 70V/μS。
【圖 97】
【圖 98】
【圖 99】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容， 脈波寬度 10μS，振幅 ±10V。
【圖 100】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”就更慢了，上升跟下降的波形也明顯分段。
【圖 99】
【圖 100】
【圖 101】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 102】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”很明顯的延遲了一段時間。
【圖 101】
【圖 102】
【圖 103】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 104】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”和第二種 Sziklai Diamond Buffer差不多。
【圖 103】
【圖 104】
【圖 105】是改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 106】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”和最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer差不多，迴轉率都在 70V/μS左右。
【圖 105】
【圖 106】
【圖 107】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 108】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，改成電流鏡的 Diamond Buffer的迴轉率顯然比最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer快多了，約在 200V/μS左右，只是有些鈴振。
【圖 107】
【圖 108】
【圖 109】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的“步階暫態響應”， 負載加上 1000PF的電容， 脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 110】是其輸出波形。
負載加上 1000PF的電容，使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer跟改成電流鏡的 Diamond Buffer的迴轉率差不多，約在 200V/μS左右，只是有些過衝。
【圖 109】
【圖 110】
我嘗試在 Buffer的輸入端加上 RC低通濾波電路來限制輸入訊號的頻寬，看看能不能改善“步階暫態響應”過衝和鈴振的問題。
“步階暫態響應”實驗重做如下：
【圖 111】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 112】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形和之前差不多。
【圖 111】
【圖 112】
【圖 113】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 114】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形和之前差不多。
【圖 113】
【圖 114】
【圖 115】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 116】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形和之前差不多。
【圖 115】
【圖 116】
【圖 117】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 118】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形和之前差不多。
【圖 117】
【圖 118】
【圖 119】是改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 120】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形和之前差不多。
【圖 119】
【圖 120】
【圖 121】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 122】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形的鈴振不見了，輸出波形相當理想。
【圖 121】
【圖 122】
【圖 123】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的“步階暫態響應”， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 124】是其輸出波形。
輸入加上 100PF電容的輸出波形的過衝變小了些，改善有限。和改成電流鏡的 Diamond Buffer相較，使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer“步階暫態響應”的“自然諧振頻率”較低，限制輸入訊號頻寬對改善其過衝鈴振的效果較差。
【圖 123】
【圖 124】
瞬態互調失真 TIM......
一般的“環路負回授放大器”大致可分成比較輸入訊號與回授訊號間誤差的差動輸入級，放大誤差訊號的電壓放大級，做電流放大的功率級，三個部分。
電壓放大級由於米勒效應的作用，所以動作上類似積分器。做電流放大的功率級則是 Buffer。那麼“環路負回授放大器”的簡化等效電路模型就如同
【圖 125】所示。
【圖 125】
通常在設計“環路負回授放大器”時，大都是以“穩態響應”來考慮每一級的工作範圍，所以差動輸入級的工作範圍都被設計得很小，但對於“高速暫態響應”而言，由於輸出端無法立即對高速暫態訊號起反應，造成輸入訊號與回授訊號差異太大，超過差動輸入級的工作範圍，以致於輸入級瞬間輸入過荷，限制了輸出信號的迴轉率。
對於“無環路負回授放大器”而言，輸出信號的迴轉率限制是在於每一個放大級的頻寬有限，每一個放大級都相當於低通濾波器，以致使輸出信號的迴轉率變慢，而非因為輸入級瞬間輸入過荷所導致。
“瞬態互調失真 TIM”是專門用來描述“環路負回授放大器”輸入級瞬間輸入過荷所導致的失真情形。
標準的 TIM失真測試方法，是將 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來，做為待測放大器的輸入信號。 3.18KHz方波的 5次諧波為 15.9KHz，跟 15KHz的正弦波相差 900Hz。如果發生“瞬態互調失真 TIM”，待測放大器的輸出信號會產生出
900Hz的差頻訊號。只要觀察待測放大器的輸出信號有沒有產生 900Hz的差頻訊號，便可以判斷有沒有產生“瞬態互調失真 TIM”。
【圖 126】為 OrCAD PSPICE中，將 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來的電路圖，其中 V2這個 3.18KHz的方波使用到“PWL”元件，“PWL”元件無法在電路圖上直接加以定義，而必須在電路的 Netlist檔中加入波形描述。
【圖 127】為 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來的波形。
【圖 128】為 3.18KHz的方波跟 15KHz的正弦波以振幅 4:1的比例混合起來的波形的頻譜圖。圖中的頻譜曲線有一些小突起是軟體計算誤差所致，這是由於我設定電路模擬時每個 STEP為 0.1μS，如果設定成每個
STEP為 0.01μS，頻譜曲線的小突起就不見了，但這樣電路模擬所花的時間會非常非常久！由於我的電腦效能不是很高，設定成每個 STEP為 0.01μS常常
RUN<span lang="en">到當機</span>。
【圖 126】
【圖 127】
【圖 128】
【圖 129】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 130】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。
【圖 129】
【圖 130】
【圖 131】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 132】是其輸出波形的頻譜。結果顯示 TIM失真非常嚴重！不但 3.18KHz方波的 5次諧波 15.9KHz跟 15KHz的正弦波的差頻 900Hz處有很大的差頻訊號，連 3.18KHz方波的 4次諧波 12.72KHz跟 15KHz的正弦波的差頻 2.28KHz處也有很大的差頻訊號。
【圖 131】
【圖 132】
【圖 133】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 134】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。
【圖 133】
【圖 134】
【圖 135】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 136】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。
【圖 135】
【圖 136】
【圖 137】是改用恆流源的 Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 138】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。
【圖 137】
【圖 138】
【圖 139】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 140】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。
【圖 139】
【圖 140】
【圖 141】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的 TIM失真測試電路。
【圖 142】是其輸出波形的頻譜。結果顯示並沒有 TIM失真產生。
【圖 141】
【圖 142】
【圖 140】在 300Hz處有個小突起，如果是 TIM失真應該在 900Hz處，這個小突起應該是軟體計算誤差所致。我把電路模擬每個 STEP由 0.1μS改成每個 STEP為 0.01μS，重新模擬一次，結果如
【圖 143】所示，300Hz處的小突起不見了！
把第一種 Sziklai Diamond Buffer的 TIM失真測試的電路模擬每個 STEP由 0.1μS改成每個 STEP為 0.01μS，重新模擬一次，結果如【圖 144】所示，結果顯示 TIM失真還是一樣非常嚴重！
【圖 143】
【圖 144】
迴轉率的改善......
前面對於七種 Buffer的“步階暫態響應”實驗中，除了改成電流鏡的 Diamond Buffer和使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的迴轉率較高之外，其他的五種 Diamond Buffer的迴轉率都較低，這是因為一般 Diamond Buffer驅動輸出晶體的最大電流較小的緣故。以最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer為例，Q1跟 Q2動作相反，Q4跟 Q3動作相反，當
Q1電流越大，Q2就電流越小而趨向截止，當 Q4電流越大，Q3就電流越小而趨向截止，因此驅動 Q1的最大基極電流被 R1這的限流電阻所限制，驅動 Q4的最大基極電流被 R9這的限流電阻所限制。如果在 Q1、Q4的基極之間跨接一個電容，當高速的訊號輸入時，就算 Q2截止，Q3可經由跨接電容驅動 Q1，反之 Q3截止，Q2可經由跨接電容驅動 Q4。
接下來，我在每個 Buffer的輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，實驗看看迴轉率的改善情形。
【圖 145】是最基本的四個電晶體組成的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 146】是其輸出波形。
在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，迴轉率大為改善，提升到跟改成電流鏡的 Diamond Buffer差不多。
【圖 145】
【圖 146】
【圖 147】是第一種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 148】是其輸出波形。
第一種 Sziklai Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，迴轉率也大為改善，但比起其他的 Buffer還是差很多。
【圖 147】
【圖 148】
【圖 149】是第二種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 150】是其輸出波形。
第二種 Sziklai Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，雖然迴轉率也大為改善，但還是比不上改成電流鏡的 Diamond
Buffer。
【圖 149】
【圖 150】
【圖 151】是第三種 Sziklai Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 152】是其輸出波形。
第三種 Sziklai Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，雖然迴轉率也大為改善，但還是比不上改成電流鏡的 Diamond
Buffer。
【圖 151】
【圖 152】
【圖 153】是改用恆流源的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 154】是其輸出波形。
改用恆流源的 Diamond Buffer在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容，迴轉率大為改善，提升到跟改成電流鏡的 Diamond Buffer差不多。
【圖 153】
【圖 154】
【圖 155】是改成電流鏡的 Diamond Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 156】是其輸出波形。
改成電流鏡的 Diamond Buffer迴轉率原本就很高，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容後，迴轉率並沒有多少提升。
【圖 155】
【圖 156】
【圖 157】是使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer的“步階暫態響應”，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容， 輸入加上 100PF電容，負載加上 1000PF的電容，脈波寬度 1μS，振幅 ±10V。
【圖 158】是其輸出波形。
使用 JFET驅動雙極性電晶體的 Buffer迴轉率原本也很高，在輸出晶體基極間跨接 0.1μF電容後，迴轉率並沒有提升多少。
【圖 157】
【圖 158】
結論......
綜合比較這七種 Buffer電路，由我所創的以電流鏡動態提供偏流的 Diamond Buffer在各方面的性能表現幾乎都優於其他的 Buffer電路。
將來，我將會把這個電路實際裝配起來，做更深入的測試研究，並將這個 Diamond Buffer加入到我所規劃的 Ultra Symmetry平衡式前級放大器中，作為輸出緩衝電路。
用電路模擬軟體在電腦上做電路實驗相當方便，本文所做的實驗大都只觀測電路的輸出端而已，
其實電路模擬軟體可以很方便、很迅速的觀測電路中每一個電路節點的電壓、電流，去了解電路中每一個元件的動作，
只是限於篇幅無法一一展現在本文之中，各位讀者可以自行去做電路模擬，更深入的了解電路。
本文的所有電路都明確標示元件數值與設定，各位讀者可以照著畫電路，重做本文的所有實驗，
但請不要來向我要電路圖檔！像這麼簡單的電路，
對於電路模擬的老手而言，畫這樣的電路花不了多少時間。
對於電路模擬的新手而言，更應該多加練習。
網路賣藝......
像這樣一篇文章需要花很多時間、精神，還有腦力才能完成。
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就當是看街頭賣藝，有錢的捧個錢場、沒錢的捧個人場。
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誰能了解Low TIM的奧義!?
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