トランジスタ回路の解析交流回路 (増幅度の計算) 直流回路 (バイアス

トランジスタ回路
の解析
(直流電源＋交流電源)
(小)信号
直流回路
(バイアス計算)
動作点
交流回路
(増幅度の計算)
直流等価回路
○ダイオードモデル（pnp/npn)
交流(小信号
交流小信号)等価回路
小信号等価回路
○T形等価回路
ベース接地
エミッタ接地
コレクタ接地
○h-パラメータによる等価回路
(ベース接地, エミッタ接地, コレクタ接地)
T形等価回路
⇒ 物理的な構造モデル (直接測定不可)
h-パラメータによる等価回路
⇒ 入出力モデル (直接測定可)
IE
E
D1
VB’E
IB
α0IE
IE
B’
C
D2 I I
rb CO C
E
D
VB’E 1
IB
バイアス計算
α0IE
B’
C
D2
rb ICO IC
B
B
npn
pnp
トランジスタの直流等価回路
直流等価回路 (接地区別なし)
ie
E
re
ib
αie
ib
B’
rc
rb
βib
B
C
ic
利得計算
ic
C
(1－α)rc
re
B’
rb
ie
E
エミッタ接地(pnp/npn)
またはコレクタ接地
トランジスタのT形交流等価回路
形交流等価回路 (pnp/npn区別なし)
B
ベース接地(pnp/npn)
ig≒0
G
vgs
gmvgs
id
D
rd
vds
S
電流源表示
gm:相互コンダクタンス
rd:ドレイン抵抗
ig≒0
G
rd
id
D
－
vgs ～μvgs
+
vds
S
電圧源表示
μ=gmrd (μ :電圧増幅率)
FETの交流等価回路
交流等価回路
※FETの直流等価回路はありません⇒特性グラフより計算する
[直流と交流の分離(ベース接地)]
バイアス計算
バイアス計算
結合コンデンサ
結合コンデンサ
C1
ρ
+
v0 ～
－
RE
VEE
n
n
p
C2
RC
トランジスタの直流等価回路へ
v0=0として直流分の回路 IE
IC
(C1, C2により開放)
n
n
RE
VEE
v2
VCC
RC
p
－
+
ベース接地基本増幅回路
+
IB
－
VCC
増幅度の計算
トランジスタの交流等価回路へ
ie
VEE=0, VCC=0として交流分の回路
(C1, C2により短絡)
ρ
+
v0 ～
－
n
n
RE
p
ib
ic
RC
(RL ) v2
[直流と交流の分離(エミッタ接地)]
結合コンデンサ
結合コンデンサ
R1
C1
RC
p
ρ
+
v0 ～
R2
RE
C2
n
n
バイアス計算
バイアス計算
トランジスタの直流等価回路へ
v0=0として直流分の回路
開放)
(C1, C2 , CEにより開放
開放
R1
VCC
v
CE 2
R2
RC
IB n IC V
CC
p n
IE
R
E
－
増幅度の計算
バイパスコンデンサ
トランジスタの交流等価回路へ
VCC=0として交流分の回路
(C1, C2 , CEにより短絡
短絡)
短絡
ic
n
ib
p
ρ
+
v0 ～
－
R1 R2 ie
n
RC
v2
IC=α0IE +ICO
α
I
0 E
トランジスタの直流等価回路
直流等価回路
IE
IE
IC
IC
’
(VE) E
VCB (= VC)
n
n
B
C
－
+
VB’E
R
RE
R
C
E
p VCB
rb ICO RC
+
VEE － I
VCC
VEE
VCC
B
I
－
B
逆
順 +
B
IE=IB+IC
2電源バイアス回路 (ベース接地)
バイアス計算・・・各点の電圧・電流 (VB, VE, VC, IB, IE, IC) を求めること
VEE = rbIB + VB’E + REIE
VEE － VB’E + rbICO
IE =　ベース接地の基本式より
RE + rb(1－α0)
IB = IE － IC
IC = α0IE +ICO
α0 ( VEE － VB’E ) + (RE + rb) ICO
= IE － (α0IE +ICO)
= R
+
r
(1－α
)
= (1－α0)IE － ICO
E
b
0
VCB VCC
VCC
動作点:
直流負荷線: IC= －　+
VCB = VCC － RC IC
RC RC
2
[近似計算１ (ICO = 0,　RE ≫ rb とした場合)]
VEE － VB’E + rbICO VEE － VB’E
IE =　≒　RE + rb(1－α0)
RE
α0 ( VEE － VB’E ) + (RE + rb) ICO
IC =　≒α0 IE
RE + rb(1－α0)
IB = IE － IC = IE －α0IE = (1－α0)IE
IC=α0IE +ICO
IE=IB+IC
[近似計算２ (ICO = 0, α0 = 1 とした場合)]
ナレータ・ノレータモデル (理想トランジスタ)
VEE － VB’E
IC = IE,,　IB = 0 IE ≒　,　RE
IC=α0IE +ICO
IE=IB+IC
V ≒ V ≒ 0.6～0.7 [V]
BE
B’E
エミッタ接地のバイアス回路
RB
VBB
RC
IB
VBE
R1
VCC
IE
R1
RC
IB
VBE
VCC
IE
R2
RC
IB
IC
RE
IE
VCC
簡易バイアス回路
(固定バイアス回路)
電流帰還バイアス回路
2電源方式
1電源方式
2個の電源を使用するのは不経済⇒1電源
R R
R +R
RC
R1 RC
R
I
I
C
R +R
IB n C V V =　V
R1 RC
(VC)
I
CC
逆
C
I
α0IE
トランジスタの直流等価回路
I
逆 B n VCC
p n
CO
VCC
順
rb
p n
R
I
B
E
R2 RE
IE
+
順 VBE
(VB) I
VB’E
B
－
簡易バイアス回路
VBB (VE) R
電流帰還バイアス回路
(固定バイアス回路)
E
I
E
テブナンの定理(等価電源定理)
1
RB =
2
1
2
2
BB
CC
1
2
1電源バイアス回路 (エミッタ接地) 1電源バイアス⇒2電源バイアスへ変換できる
IC=α0IE +ICO , IE=IB+IC
VBB = (RB + rb)IB + VB’E + REIE
VBB － VB’E + (RB + rb)ICO
ベース接地の基本式より
IE =　RE + (RB + rb)(1－α0)
IB = IE － IC
IC = α0IE +ICO
=
I
－
(α
I
+I
)
E
0 E
CO
α0 ( VBB － VB’E ) + (RE + RB + rb)ICO
= (1－α0)IE － ICO
= RE + (RB + rb)(1－α0)
※ rb → RB + rb, VEE→VBB とおけばベース接地の2電源と同じ
VC = VCC － RC IC (VE=REIE,VB=VBB－RBIB)
[近似計算１ (ICO = 0,　RE ≫ (RB + rb)(1－α0) とした場合)]
VBB － VB’E + (RB + rb) ICO VBB － VB’E
IE =　≒　RE + (RB + rb)(1－α0)
RE
α0 ( VBB － VB’E ) + (RE + RB + rb) ICO
IC =　≒α0 IE
RE + (RB + rb) (1－α0)
IC=α0IE +ICO
IB = IE － IC = IE －α0IE = (1－α0)IE
IE=IB+IC
[近似計算２ (ICO = 0, α0 = 1 とした場合)]
ナレータ・ノレータモデル (理想トランジスタ)
VBB － VB’E
IC = IE,,　IB = 0 IE ≒　,　RE
IC=α0IE +ICO
IE=IB+IC
V ≒ V ≒ 0.6～0.7 [V]
BE
B’E
[エミッタ接地のバイアス計算式]
VBB － VB’E + (RB + rb) ICO VBB － VB’E
IE =　≒　RE + (RB + rb)(1－α0)
RE
α0 ( VBB － VB’E ) + (RE + RB + rb) ICO
IC =　≒α0 IE
RE + (RB + rb) (1－α0)
VC = VCC － RC IC
rb → RB+rb, VEE → VBB
[ベース接地のバイアス計算式]
VEE － VB’E + rbICO VEE － VB’E
IE =　≒　RE + rb(1－α0)
RE
α0 ( VEE － VB’E ) + (RE + rb) ICO
IC =　≒ α0 IE
RE + rb(1－α0)
VCB = VCC － RC IC
3.2.4 バイアスの安定度
[安定指数の定義]
∂IC
電流安定指数: SI =
∂ICO
∂VC
∂VC ∂IC
電圧安定指数: SV =　( =　)
∂VB’E
∂IC ∂VB’E
これをSVと定義
する場合もある
SI, SVの絶対値が小さい回路ほど安定
(5～20)
出力電圧VCをVB’EとICOの2変数関数とし、その変動分を考える。
VC = f (VB’E, ICO)
上記2変数関数の全微分を計算する (P.50式(2.60),(2.61)参照)。
∂VC
∂VC
⊿VC = ⊿VB’E + ⊿ICO
∂ICO
∂VB’E
ここで
直流負荷線: VC = VCC－RCIC
∂VC
∂VC ∂IC
＝
∂VC
∂ICO
∂IC
∂ICO
= －RC
∂IC
より
∂VC ∂IC
∂VC
⊿VC = ⊿VB’E + ⊿ICO
∂ICO
∂VB’E
∂IC
SV
SI
－RC
⊿VC = SV ⊿VB’E－RC SI ⊿ICO
注)⊿VB’E < 0, ⊿ICO > 0
電流安定指数:
エミッタ接地の場合の計算例
∂IC
SI =
∂ICO
α0 ( VBB － VB’E ) + (RE + RB + rb) ICO
1
=
RE + (RB + rb) (1－α0)
∂ICO
RE + RB + rb
RB + rb
= R + (R + r ) (1－α ) ≒ 1 +
RE
E
B
b
0
(α0 = 1 とした場合)
電圧安定指数:
∂VC ∂IC
∂VC
SV =　=　∂VB’E
∂IC ∂VB’E
α0 ( VBB － VB’E ) + (RE + RB + rb) ICO
1
= (－RC)
RE + (RB + rb) (1－α0)
∂VB’E
α0 RC
RC
=
≒ R
RE + (RB + rb) (1－α0)
E
(α0 = 1 とした場合)
R1
R2
RC
IB
IC
RE
IE
R1
VCC
RE=0であるので
バイアスの安定度
は悪い
電流帰還バイアス回路
1電源方式
RC
IB
VBE
VCC
IE
簡易バイアス回路
(固定バイアス回路)

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