6枚組

Contents
 電流帰還バイアス回路
アナログ電子回路
 hパラメータを用いた回路解析
名城大学理工学部材料機能工学科
岩谷素顕
E-mail: [email protected]
6-2
6-1
電流帰還バイアス回路
電流帰還バイアス回路
Siを用いた増幅回路では主流（安定性が高いため）
ここに信号を入力
ICはどう決めるのか？
何故回路の安定性が良いか？
IC
RB
ICが増加すると
RC
VCC
IB
VBB
REでの電圧降下↑
IA
通常REに掛かる電圧は
(約1/5～1/10)VCC
IAはIBの約10倍に設計する
電圧を制御
6-3
VCC
VBE
増加を抑制して、安定度が向上
RE
RC
IB
VBEが減少⇒IC↓
IE V
CE
VBE
RA
IC
RB
VBB RA
IE
VCE
RE
IA
6-4
考え方
考え方
RA, RB, RC, REを適当に設定する必要がある
この回路は増幅回路として使用する
IC
RB
IC
RB
RC
入力
出力
VBE
VBB RA
VBE
VBB RA
VCE
RE
IA
RE
IA
6-5
VCC
IB
VCC
IB
RC
6-6
VCE
電流帰還バイアス回路
なぜ負荷線の中点に動作点(無信号時)
を持ってくるのか？
A級動作と呼ぶ
Siトランジスタとして最も標準的な回路
RA, RB, RC, REを適当に設定する
負荷線
IC
RB
RC
VCC
IB
IE
VBE
VBB RA
動作点
IC
VCE
動作点
RE
IA
交流信号を効率よく
増幅するためには？
6-7
負荷線の中点になるようにICを制御
演習問題下記の回路について考える。この回路において、電源電
圧VCC=10V、無信号時コレクタ電流IC=4mA、hFE=100とした時のRA、
RB、RC、REを求めよ。ただし、 REに掛かる電圧は1/5VCCとする。
解答
VCC
IB
VBE
条件:
REにかかる電圧が2V
IC=4mA
RB
RB
RC
VBB RA
VCE
IC
IC
RB
6-8
VCE
RE
RC
RC
IB
VBB RA
VBB RA
IA
IB
VBE
VBE
RE
RE
IA
IA
IE
hFE=100なので、IB=40A
またIAはIBの約10倍なのでIA =400A
またエミッタ電流は、
IE=4mA+40A≒4.0 mA
IC
2
VCC よってREが求まる RE  4m  500
VCC
青いループで考えて
VCE
VCE
RAIA＝2+0.6⇔RA=6.5[k]
IC=4mA、VCE=5Vなので
RCIC=5V⇔RC=1250[
赤いループで考えて
RB(IA+IB) +RAIA＝10⇔RB=16.8[k]
6-9
6-10
小信号(<10mW)増幅回路設計の基本的
考え方
これからの話の流れ
トランジスタ(Tr)
小信号(<10mW)増幅回路の場合
⇒hパラメータによる等価回路で解く
増幅回路
交流信号：微弱
大信号の場合
⇒負荷線を活用して解析する
直流バイアス
考え方が異なるので、それぞれを勉強していく
どれくらい増幅するか?
6-11
6-12
電流増幅度 Ai
交流信号
C
ib
ic
B
C
出力の交流信号：vce
IB, ib
E
ie=ic+ib
入力の交流信号：vbe
6-13
hFE 
IC
直流電流増幅率
IB
h fe 
ic
交流電流増幅率
ib
B
npn型
npn型
IC, ic
E
IE=IC+IB
ie=ic+ib
直流は大文字
交流は小文字
6-14
電流帰還バイアス回路
hパラメータによるトランジスタの記述
トランジスタを数式的に解くために
IC
RB
RC
VCC
IB
VCE
C
B
VCE
VBE
RE
E
E
IA
6-15
このままでは数学的に解くの
が難しい
IC
IB
VBE
VBB RA
hパラメータによる等価回路
電流IB,ICと電圧VBE,VCEの関
係があればよいのでは？
6-16
代表的なトランジスタの特性
IC-VCE特性
線形とは？ ⇒比例関係
比例だと
大信号の場合
非線形
IC [mA]
Vcc
R c 30
小信号の場合
6-17
6-18
IB=0.3mA
20
IB=0.2mA
10
0
ほぼ線形
IB=0.4mA
IB=0.1mA
0
5
10 15
20
VCC
VCE [V]
式を使って記載
計算で増幅率
などを計算可能
トランジスタの特性
B
VCE
VBE
E
E
IB=0.4mA
IB=0.3mA
20
IB=0.2mA
10
0
ICは何で決まるのか？
5
0.16
VCE
VBE
-1.0
-0.5
0.0 0.5
VBE [V]
1.0
IBに依存
また、VCEにも若干依存
式的に書くとしたら・・・
6-19
0.00
VBEは何で決まるのか？
10 15
20
VCC
VCE [V]
0.08
0.04
E
E
依存するパラメータは2つ
IC=A×IB+B×VCE
0.12
C
B
IB=0.1mA
0
IC
IB
IB [mA]
C
IC [mA]
IC
IB
トランジスタの特性
Vcc
R c 30
VBE=C×IB+D×VCE (CとDは定数)
(AとBは定数)
6-20
小信号の場合
トランジスタを線形な箱だと考える
hieの求め方？
VBE=C×IB+D×VCE (CとDは定数)
0.01
 610[Ω1
52.4 μA  36 μA
IC=A×IB+B×VCE (AとBは定数)
交流の場合
vbe   hie
 i   h
 c   fe
6-21
hre   ib 
hoe  vce 
hRE   I B 
hOE  VCE 
これは小さいので
無視可能
IC [mA]
6-23
0.08
0.00
6-22
hFE 
IB=0.2mA
IB=0.1mA
0
5
-0.5
0.0 0.5
VBE [V]
入力電圧
0.7±0.005V
1.0
これは小さいので
無視可能
IB=0.3mA
10
拡大すると
-1.0
この式は何を表しているか？
vbe   hie
 i   h
 c   fe
IB=0.4mA
20
0
0.12
0.04
hfeの求め方？
Vcc
R c 30
0.16
IB [mA]
VBE  C D  I B   hIE
 I    A B  V   h
  CE   FE
 C 
入力インピーダンスhie
10 15
20
VCC
VCE [V]
h fe 
IC
IB
hre   ib 
vbe  hieib
⇔



hoe  vce 
ic  h feib
オームの法則と等価
電圧
電流
vbe  hieib
ic
ib
抵抗(等価）
6-24
等価
回路
B
=
vbe
E
ib
hie
この式は何を表しているか？
hパラメータの等価回路
これは小さいので
無視可能
hre   ib 
vbe  hieib
⇔

hoe  vce 
ic  h feib
vbe   hie
 i   h
 c   fe
電流
電流
ic  h feib
等価
回路 h ･i
fe b
=
ic
比例定数
hfe･ib
vbe
IiCc
IB
ib
C
C
B
vce
hie
vce
V
CE
vbe
VBE
E E
E
E
C
等価だと考えて良い
vce
E
6-25
ic
ib
B
抵抗と電流源の回路なので
電気回路のように回路を解くことができる
6-26
次に増幅度の計算-中域周波数の場合下記のような回路を考える
実際のトランジスタに
hパラメータを適用してみましょう
電圧増幅度はいくらか？
IC
RB
VCC
RC
IB
Vo
Vi R
A
6-27
RL
RE
6-28
その前にコンデンサの扱い方の復習
IC
RB
RC
VCC
このコンデンサの役
割と扱い方について
復習:
トランジスタ増幅回路を作った時の問題点
IC
出力電圧
出力電流
入力電流
入力電圧
出力電圧
IB
Vo
Vi R
A
6-29
振幅を増大させることは可能
RE
RL
問題点
そのまま信号をトランジスタに入れると波形が変わってしまう
6-30
交流だけ取り出すためには
ポイント: コンデンサを使う
トランジスタを使った増幅回路
RC
IC
RB
IB
Vi
VCC
VCE
VBB
VBEを常に0.6V以上にする
問題点:
電池が2個必要
交流成分はどうやって取り
出すのか？
何らかの方法で交流成分を取り出す
コンデンサに直流電源を繋いだ場合
i
i
E
C
コンデンサに交流電源を繋いだ場合
i
＋
直流バイアス
入力信号
1
C jC のインピーダンスを持つ
e
増幅
＝
6-31
開放=抵抗∞
E
交流成分は通過可能
6-32
解決方法：電流帰還バイアス増幅回路+コンデンサ
コンデンサの役割
IC
直流が逆方向にRB
かからないように
RC
コンデンサの特徴
直流成分は通さない
交流成分は通過可能
⇒直流成分と交流成分をうまく組み合わせて適切な増
幅回路を実現する
VCC
直流と交流を分離
IB
Vo
Vi R
A
RL
RE
6-33
6-34
次に直流と交流を分けて考えたい
一緒に扱うよりも分けて考えたほうが楽
IC
RB
RC
回路を設計する上で知りたいのは
主に直流
ここをいくらに
するか？
VCC
6-35
RC
RE
VCC
IB
Vo
Vi R
A
Vo
Vi R
A
RB
直流
IB
交流
IC
RE
RL
RL
6-36
何倍に増幅されるか？
交流信号
重ね合わせの定理
線形回路が多数の信号源を有する場合、任意の節点間
電圧、任意の枝電流は、個々の信号源が単独で存在し
ている場合の値の和に等しい。ただし、考えていない電
圧源は短絡除去、電流源は開放除去するものとする。
問題下の図の回路の直流信号等価回路と交流信号等価
回路を書きなさい。またhパラメータを用いた実用等価回路
を書きなさい
直流信号等価回路・・・直流信号に注目した回路
交流信号等価回路・・・交流信号に注目した回路
複数の電源と分岐がある回路で、１つだけ電源を残した
回路図を電源毎に用意して、回路図毎に電圧（電流）を
求め、最後に全回路図の電圧（電流）を合計して回路解
析を行う方法
ステップ１：電源を１つだけ残した回路図を、電源毎に
作成する
ステップ２：回路図毎に電圧（電流）を求める
ステップ３：電源毎に求めた電圧（電流）を合計する
6-37
RB
vi
RB
短絡
VCC
RC
RB
RC
VCC
RB
RB
ひっくり返し
ても良いはず
R
C
vo
短絡
RL
vo
電位は同じ
6-40
6-39
さらに回路変形
ic
ib
hfe･ib
本日のまとめ
C
 hパラメータの導入
vce
hie
RB hie
E
E
vi
RB
Rac
hｆｅii Rac
 交流等価回路、直流等価回路の考え方の説明
ii
 次回はこの考え方を使って回路の解析を行います。
vo
vo
Rac＝RL//RC
Rac＝RL//RC
6-41
RL
これに注目
直流信号等価回路
短絡開放
VCC
RC
vi
vo
RL
vi
vo
では交流信号等価回路は？
これに注目
vbe
RL
6-38
まずは直流信号等価回路
B
VCC
RC
RLとRCは並列という意味
hパラメータによる実用
等価回路
6-42

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