7．トランジスタ増幅の実際

トランジスタ増幅回路の問題点

２つの問題
 波形のひずみ
 動作点の不安定さ
2
(1)波形のひずみ

VBE  I C 特性が曲がっているため、コレクタ電流の波形が動作点を中
心に上下対称にならず、ひずむ。
IC
3.2
2.0
1.2
VBE V  0
0
0.68 0.7
0.72
t
上図の場合、正の半波の振幅は、1.2mA
負の半波の振幅は、0.8mA
コレクタ電流波形がひずんでいる。→出力電圧波形もひずむ。
3
6章から VBB の決め方(3)
①VBから I Cを求める (VBE  I C特性から )
②I Cから VOを求める (負荷線)
IC mA
③出力電力波形を求める
0
t
IC mA
IC mA
VBE V 
0
VB V 
t
0
t
VO V 
4
(2)動作点の不安定さ
 VBE  I C 特性は急に立ち上がっている。
したがって、バイアス電圧 VBB がわずかでも設定値からずれると
動作点が大きく変わってしまう。
IC
例えば、図の特性では、
VBB が0.7Vから0.01Vずれるだけで
I C の動作点は0.5mAもずれる。
3.5
2.5
2.0
VBE  I C 特性は温度によって変化する。
VBE V 
0
0.7
1℃上昇すると、2mA左に寄る。
例えば、左図の例では、
2.0ｍAが3.5ｍAと大きく増加してしまう。
0.71
5
対策

エミッタに抵抗
RE を入れる
RE を入れた場合の VB  I C 特性を求める。
VBE  I C 特性と式 VRE  I E  RE  I C  RE
VB  VBE  VRE
から
を求める
C
B
VB
RE
VRE
6
例題
5kΩ
C
B
12V
以下の表に値を記入せよ。
VB
RE
１kΩ
IC
VBE
VRE
VRE
IC
VB
mA
0.5
VBE
1.0
(0.7)
1.6
2.0
1.6
2.0
1.2
1.0
(0.69)
(0.68)
(0.67)
(0.65)
0.5
1
2
3
7
VB  I C 特性は、
(VBE  I C 特性)＋( REにおける電圧降下 )
IC
IC
IC
mA
mA
mA
(0.7)
2.0
＝
＋
1.0
(0.67)
(0.65)
0.5
0.5V
VBE
0.5
1.0
2.0
VRE
V9B
エミッタ抵抗 RE の効果（１）
VB  I C 特性の傾きがゆるやか
湾曲が減少し、傾きが直線的。
VBB が少し変化しても、
IC
VBE
動作点の変動が少ない。
VB
2.0
1.5
1.0
0.5
1
2
3
10
エミッタ抵抗 RE の効果（2）
VB  I C 特性の傾きがゆるやか
湾曲が減少し、傾きが直線的。
変動
IC
温度によって、 VBE  I C
特性が変化しても、
動作点の変動が少ない。2.0
1.5
1.0
0.5
1
2
3
11
エミッタ抵抗 RE の効果（3）
VB  I C 特性の傾きがゆるやか
湾曲が減少し、傾きが直線的。
信号の歪も改善
IC
12
VB  I C 特性を直線で近似
エミッタ抵抗の電圧降下が加わると、
直線で近似しても、特性に大きな誤差は生じない。
利点その２動作点が計算で求められる
hFE がばらついても、動作点が安定する
IC
IC
mA
mA
2.0
2.0
1.2
1.0
1.2
1.0
0.5
0.5
1
2
3
1
2
13
3
電流、電圧の計算

VBE を0.7Vで一定として扱う。
VBB  0.7
IE 
RE
hFE
IC 
 IE  IE
1  hFE
C
B
VCC
VB
RE
VRE
1
IB 
 IE
1  hFE
VO  VCC  I C  RL
14
6章から増幅回路の基本
I Cが流れ始めてから飽和状態に達するまでの範囲を使用
0  IC 
VCC  0.2
RL
RL
1k
VCC  0.2
RL
C
B
IC
IC
VCC
0.2V
0.6
VB
15
6章の例
入力電圧　が 0.7Vの時
I E ２ mA
出力電圧は
h
I C  FE  I E  I E  2m A
1  hFE
0.7Vの時、 VO  4V
VO  VCC  I C  RLより
0.72Vの時、 VO  2.8V
0.72Vの時
IE
I E  3.2m A
mA
I C  I E  3.2m A
3.
2
RL
1k
IC
VCC
6V
VO
2.
0
VB
0.72V
0.7V
VBE
16
電流、電圧の計算

VBE を0.7Vで一定として扱う。
VBB  0.7
IE 
RE
hFE
IC 
 IE  IE
1  hFE
1
IB 
 IE
1  hFE
VO  VCC  I C  RL
17
hFE がばらついても動作点が安定
hFE が100→200に変動した場合
hFE  100の時
IE 
VBB  0.7
 1m A
RE
hFE  200の時
IE 
VBB  0.7
 1m A
RE
h
hFE
 I E  I E  1m A I C  FE  I E  I E  1m A
1  hFE
1  hFE
1
1
IB 
 I E  5A
IB 
 I E  10A
1  hFE
1  hFE
IC 
VO  VCC  I C  RL  4V
VO  VCC  I C  RL  4V
hFEが 1より十分大きいなら
I E , I C ,VO はほとんど変化しない。
IC
RL
8k
IB
VCC
VBB
1.7V
RE
1k
IE
12V
18
VO
RE の問題点
図の負荷線は、コレクタ電流 I C と出力電圧 VO
との関係を示す。
I C が最大2.4ｍAまで流れるように見えるが、
実際は2mA以上流れない。
1．出力の動作範囲
2．増幅度
RL
 IC 
5k
VCC
 2m A
RL  RE
トランジスタが動作するためには、
VCE が0.2V以上必要。
IC
VCC
VB
RE
1k
2.4
2.0
IC
12V VO
2.0
1.0
VO
12
1.0
1
2
3
VB
19
2章からトランジスタの動作原理(4)





CE間にわずかの電圧をかける。
一部はベース層のホールと結合して I B
となる。
CB間の空乏層に到達した電子は、CB
間の空乏層の内部電界にも助けられ、
コレクタ側に流れ込む。
一般のトランジスタの場合、エミッタか
らの電子の約95％がコレクタ側へ流れ
込む。
CE間の電圧は、電子を集めることが
出来る程度の電圧。（0.2V）
IC
B
C
IB
E
21
6章から負荷線の求め方
点Aと点Bを求め、直線を引く。
IC
VCC
RL
B
Vo
点A：
I C  0m A
VO  VCC
点B：
VO  0V
V
I C  CC
RL
VO  VCC  I C  RLより
A
VO
VCC
22
6章から VBB の決め方(3)
①VBから I Cを求める (VBE  I C特性から )
②I Cから VOを求める (負荷線)
IC mA
③出力電力波形を求める
0
t
IC mA
IC mA
VBE V 
0
VB V 
t
0
t
VO V 
23
RE の問題点
図の負荷線は、コレクタ電流 I C と出力電圧 VO
との関係を示す。
I C が最大2.4ｍAまで流れるように見えるが、
実際は2mA以上流れない。
1．出力の動作範囲
2．増幅度
RL
 IC 
5k
VCC
 2m A
RL  RE
トランジスタが動作するためには、
VCE が0.2V以上必要。
IC
VCC
VB
RE
1k
2.4
2.0
IC
12V VO
2.0
1.0
VO
12
1.0
1
2
3
VB
24
1．出力の動作範囲(2)
2．増幅度

図の VO  I C 特性に I C が流れることによって生じる
RRE での電圧降下 VRE を示す特性を書き加える。
VRE  I E  RE 
RL
5k
1  hFE
 I C  RE
hFE
I E  I Cだから
VRE  I C  RE
VCC
IC
VRE  I C
VB
RE
2.4
1k
12V VO
2.0
VO  I C
VO
12
25
1．出力の動作範囲(3)
2．増幅度



点Aは、 I C が1mA流れた時の出力電圧 VO の値。
点Bは、 I C が1mA流れた時の VRE の値。
矢印の長さは、 I C が1mA流れた時のコレクタ・エミッタ間電圧 VCE の値。
RL
5k
VCE
VO
1k
VBB
RE
1.7V
IC
VCE
VRE
IC
VCC
12V
VRE  I C
2.4
2.0
VO  I C
1.0
0.5
VO
1.0
1.5
2.0
B
A
12 26
1．出力の動作範囲(4)
2．増幅度



トランジスタが動作するためには、コレクタ・エミッタ間電圧 VCE が
0.2V以上必要。
図の破線部分は、実際にはトランジスタは動作しない領域。
よって、トランジスタが動作できるのは、以下の通り。
I C : 0 ~ I C1
IC
VRE  I C
2.4
VRE : 0 ~ VE1
0.2V
2.0
VO : VO1 ~ VCC
I C1
VCE
VO
VCC
VO  I C
1.0
VO
VRE
VE1 VO1
12 28
1．出力の動作範囲(5)
2．増幅度


RE の値が大きくなると、コレクタ電流 I C に対する電圧降下
が大きくなり、 VRE の傾きがゆるやかになる。
その結果、取り出せる出力電圧の振幅が小さくなってしまう。
IC
2.4
RE ：大
2.0
I C1
1.0
VO ,VRE
29
1．出力の動作範囲
2．増幅度(1)


IC
RE を接続すると、同じ入力電圧でも、コレクタ電流の変化分が小さくなる。
コレクタ電流が小さくなると、出力電圧の変化も小さくなり、増幅度が減る。
エミッタ抵抗を大きくするほど、 VB  I C 特性の傾きが緩やかになり、増幅度が
減る。
30
1．出力の動作範囲
2．増幅度(2)




エミッタ抵抗にコンデンサを入れることで改善できる。
エミッタ抵抗に流れる信号成分は、エミッタ抵抗を通らず、コンデンサを通る。
信号電圧 vi は、 RE で電圧降下を起こすことなく、増幅度が改善される。
バイパスコンデンサという。
VCC
vi
VBB
RE
31
エミッタ抵抗のまとめ

利点
 バイアス電圧の変動に対して、安定に働く
 温度の変動に対しても、安定に働く

hFE がバラついても、安定に働く
 回路動作が計算で求めることが出来る

欠点
 動作範囲が狭くなる
 増幅度が低下する（バイパスコンデンサで改善）
32
演習問題

図の回路において、７Vを中心に
 ４Vの振幅の出力を取り出す増幅回路を作れ。
V
RC
2 k
4V
vi
VBB
VCC
VB
VO
7
12V
t
33
6章から VBB の決め方(3)
①VBから I Cを求める (VBE  I C特性から )
②I Cから VOを求める (負荷線)
IC mA
③出力電力波形を求める
0
t
IC mA
IC mA
VBE V 
0
VB V 
t
0
t
VO V 
34
Step 1

負荷線を求め、出力電圧の波形を書き込み、負荷線上での動作範囲を求める。
IC
I C やVOがAから Bまで変化
RC
2 k
vi
VO
3
7
VBB
VCC
VB
VO
12V
11
t
35
Step 2

動作範囲を確保する VRE  I C 特性を求める。
余裕を見て、 VCE の値を0.75Vとする。
この傾きから RE の値を求める。
IC
6
4.5
0.5
3
t
7
11
12
VO ,VRE
37
Step 3
が動作範囲で変化できるための入力電圧 VB を求
めるために、 VBE  IC 特性を求める。
トランジスタの VBE  I C 特性は、0.7Vで一定とする。
 IC
ヒント：
VBE  I C特性  VRE  IC特性  VB  I C特性
IC
6
4.5
2.5
VB
0.5
1.95
11
12
39
Step 4

I C の波形と VB  I C 特性から VB
の波形を求める。
IC
6
4.5
4.5
IC
2.5
0.5
VO
0.5
3
VB
7
11
12
t
41
練習問題1
学籍番号
名前
つぎの文章の
の中に適することばを入れ・文章を完成しなさい。
V
図はトランジスタの基本増幅器ですが、この回路には、つぎのような問題
BE  I C
点があります。
VBE
 IC
（1）
特性が湾曲しているため、
が発生します。
（2）
特性の立ち上がりが急激であるため、
が不安
定になりがちです。
そこで、一般にはこれを解決するために，エミッタに抵抗を挿入しています。
（3）エミッタに抵抗を挿入することによって、いろいろな利点が生じますが、
同時に欠点も生じてきます。
エミッタに抵抗を挿入することによって生じる最大の欠点は，
R
が低下することです。
L
vi
VCC
VBB
43
練習問題2
図の回路に VBB ＝2Vを加えたときの各部の電圧，電流を求め
なさい。
（ただし、 hFE  100,VBE  0.7V とする。）
(1)VRE 
IC
RL
( 2) I E 
5k
IB
(3) I C 
( 4) I B 
(5)VO 
VCC
12V
VO
IE
VBB
VRE
RE
1.3k
44
練習問題3
図の回路で，I C の動作点を1mAにしたい。
VBB をいくらにすればよいですか。
RL
VCC
12V
vi
VO
RE
VBB
500
45
練習問題4
図の回路で，I C の動作点を1mAにしたい。
RE をいくらにすればよいですか。
RL
10k
VCC
vi
VBB
12V
VO
RE
1.2V
46
練習問題5
つぎの問いに答えなさい。
(1) 図aの回路の VB  I C 特性を図b中に、また VO  I C 特性と VRE  I C 特性を
図c中に完成しなさい。
(2)（1）で得た特性から，それぞれつぎの値を求めなさい。
① 出力電圧 VO は VB によって，およそ何Vから何Vまで変化できますか。
② 図aの回路で，出力電圧 VO の振幅を最大に取り出すためには VBB の値を何
〔Ⅴ〕にすればよいですか。
RL
10k
VCC
vi
VBB
12V
VB
VO
RE
2 k
47
1.2
IC
(m A)
1.0
1.0
IC
(m A)
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0.7 1.0
2.0
3.0
VB (V )
5
10
VO ,VRE (V )
48

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