電子回路Ⅰ 第7回 電子回路Ⅰ 8 1 講義内容 1. 半導体素子（ダイオードとトランジスタ） 2. 基本回路 3. 増幅回路 トランジスタバイアス回路 ・バイアス回路の働き ・バイアスの安定度 バイアス回路の種類と特徴 ・バイアス回路の種類 ・安定度の比較 ・温度補償回路 FETのバイアス回路 ・JFETのバイアス回路 ・MOSFETのバイアス回路 電子回路Ⅰ 8 2 エミッタ接地回路とソース接地回路 RL RL vo C B vi VBB vo D VCC G E VDD S vi VB 電子回路Ⅰ 8 3 ベース接地回路とゲート接地回路 RL RL vo C B vo D G E vi S vi 電子回路Ⅰ 8 4 コレクタ接地回路とドレイン接地回路 C B vi VBB RL D VCC G E vi vo RL VDD S vo VB 電子回路Ⅰ 8 5 動作原理（エミッタ接地回路） IC RL IB I C + ic RL VO I B + ib C B VCC E VBB B vi VO + vo C VCC E VBB 直流回路 直流＋微小交流電圧 電子回路Ⅰ 8 6 トランジスタのバイアス IC RL IB C B VCC E IB ? VBB 電子回路Ⅰ 8 7 バイポーラトランジスタの電流-電圧特性 アーリー効果（ベース幅変調効果）を含む場合 IC IB ↑ VCE 0 電子回路Ⅰ 8 8 トランジスタのバイアス IC VCC RL 負荷線 傾き:− 1 RL IB ? 0 VCC 電子回路Ⅰ 8 VCE 9 負荷曲線と動作点 IC VCC RL 負荷線 傾き:− 1 RL 動作点（OP） 0 I BP VCC 電子回路Ⅰ 8 VCE 10 バイポーラトランジスタのIB-VBE特性 IB 指数関数 ⎛ qVkTF ⎞ I B = AJ s ⎜⎜ e − 1⎟⎟ ⎝ ⎠ VBE 電子回路Ⅰ 8 11 動作点の決定 IB VCC RL IC 負荷線 傾き:− 動作点（OP） IB 0 1 RL VBB VBE 0 VCC 電子回路Ⅰ 8 IB VCE 12 動作原理（ソース接地回路） I D + id ID RL RL VO D G D VDD S VB VO + vo G vi VDD S VB 直流回路 直流＋微小交流電圧 電子回路Ⅰ 8 13 トランジスタのバイアス ID RL D G VDD S ID ? VB 電子回路Ⅰ 8 14 MOSFETの電流-電圧特性 I DS 線形領域 飽和領域 VGS ↑ VGS > 0 0 電子回路Ⅰ 8 VDS 15 負荷曲線と動作点 I DS VDD RL 負荷線 傾き:− 1 RL 動作点（OP） VGS ↑ I DBP VGS > 0 0 VDD 電子回路Ⅰ 8 VDS 16 MOSFETのIDS-VGS特性 I DS 2乗曲線 I DS = 1 W µ nCox (VGS − VTHN )2 2 L （飽和領域において） VTH VGS 0 しきい電圧 VTH 電子回路Ⅰ 8 17 動作点の決定 I DS I DS VDD RL 負荷線 傾き:− 1 RL 動作点（OP） ID VGS ↑ I DBP VTH 0 VGS 0 VDS VDD VB 電子回路Ⅰ 8 18 半導体素子の温度特性 半導体素子は温度が変化すると特性が変化する バイポーラトランジスタ ・B-E間電圧 VBE ΔVBE ≈ −2 mV/°C ・電流増幅率 hFE ΔhFE ≈ 0.5 %/°C hFE MOSFET ΔVTH ≈ −2.4 mV/°C ・しきい値電圧 VTH Δµ ・移動度 µ µ 電子回路Ⅰ 8 ≈ −0.6 %/°C 19 半導体素子のばらつき 半導体素子は製造上、パラメータがばらつく MOSFET バイポーラトランジスタ パラメータ VBE [mV] hFE [%] VTH [mV] µ [%] 絶対誤差 ±10 ±50 – 100 ±100 ±10 -30 相対誤差 ±0.2 - 1 ±3 - 10 ±1 - 30 ±0.1 - 1 電子回路Ⅰ 8 20 温度特性とばらつきの影響 “温度特性”と“素子ばらつき”はバイアスに影響する バイポーラトランジスタ ・B-E間電圧 VBE ・電流増幅率 hFE MOSFET ・しきい値電圧 VTH ・移動度 µ 上記に影響されないバイアス回路が必要 電子回路Ⅰ 8 21 エミッタ接地回路のバイアス回路例 RC RC C C B VCC B E RB VBB C IB VCC E VBB 2電源方式 電子回路Ⅰ 8 22 エミッタ接地回路のバイアス回路例（1） RC C IB RC C C B RB RB VCC E C B VCC E IB VBB 固定バイアス 2電源方式 電子回路Ⅰ 8 23 エミッタ接地回路のバイアス回路例（2） RC RB C RB IB C C B IB RC VCC C B E RA 自己バイアス RE VCC E CE 電流帰還バイアス 電子回路Ⅰ 8 24 固定バイアス回路の解析 RB IB RC IB = IC VCC − VBE RB VCC VBE I C = hFE I B = hFE 電子回路Ⅰ 8 VCC − VBE RB 25 例題1 VCC = 9 V I C = 1 mA hFE = 100 RB IB RC VBE = 0.6 V IC VCC VBE 電子回路Ⅰ 8 26 自己バイアス回路の解析 VCE − VBE IB = RB RC RB IB IC VCE VBE VCC IE VCC − RC I E − VBE = RB VCC − RC I C − VBE ≈ RB I E ≈ IC I C ↑⇒ I B ↓⇒ I C ↓ 負帰還 （電圧帰還バイアス） 電子回路Ⅰ 8 27 例題2 VCC = 9 V I C = 1 mA RC = 4.5 kΩ RC RB IB hFE = 100 VCE VBE VBE = 0.6 V IC VCC IE 電子回路Ⅰ 8 28 電流帰還バイアス回路の解析 I A + IB VCC = RB (I A + I B ) + RA I A I A >>10× I B RB IB VB RA VCC VE VBE IA RE VCC ≈ RB I A + RA I A = I A (RA + RB ) IC RC CE VCC IA = RA + RB RA VB = RA I A ≈ VCC RA + RB VBE = VB − VE = VB − RE I E I C ↑⇒ I E ↑⇒ I B ↓⇒ I C ↓ 負帰還 （電流帰還バイアス） 電子回路Ⅰ 8 29 例題3 VCC = 9 V I A + IB I E = 1.0 mA hFE = 100 RB RC VE = 1 . 0 V IC I A = 20 × I B VBE = 0.6 V IB VCC RA VBE IA RE CE 電子回路Ⅰ 8 30 安定度の比較 固定バイアス回路 温度変化に対する安定度がわるい 自己バイアス回路 安定度がよい 利得が減少 電流帰還バイアス回路 安定度がよい 一般によく使われる ※ いずれも入力インピーダンスの低下に注意が必要 電子回路Ⅰ 8 31 温度補償回路 I A + IB VCC = RB (I A + I B ) + RA I A + VF I A >>10× I B RB RC VB RA + VF - VCC ≈ RB I A + RA I A = I A (RA + RB ) + VF IC VCC VBE IA RE IE VCC − VF IA = RA + RB RA (VCC − VF ) VB = RA I A ≈ RA + RB VBE = VB − VE = RA (VCC − VF ) − RE I E RA + RB T ↑⇒ VF ↑⇒ VBE ↓ 電子回路Ⅰ 8 32 FETのバイアス JFETのバイアス デプレション型FET 固定バイアス回路 自己バイアス回路 MOSFETのバイアス 電子回路Ⅰ 8 33 JFETのバイアス回路 デプレション型FET ノーマリオン （Normally ON） ID ID I DSS RD C 動作点（OP） I DP G VGS VP VGG D RG VDD S VGS 0 VGG 固定バイアス 電子回路Ⅰ 8 34 JFETのバイアス回路 ID VGS = −VS = RS I D RD C D G RG VDD S RS = − VGS RS ID VGS I DP 自己バイアス 電子回路Ⅰ 8 35 例題4 I DP = 3.2 mA ID VGSP = −1.6 V RD D G RG VDD S VGS RS ID 電子回路Ⅰ 8 36 JFETのバイアス回路 R1 VGS = VG − VS = ID RD R2 VDD − RS I D R1 + R2 D G R2 VDD S VGS RS ID 電子回路Ⅰ 8 37 MOSFETのバイアス回路 エンハンスメント型FET ノーマリオフ （Normally OFF） VGS ID R2 = VDD R1 + R2 2乗曲線 I DS = 1 W µ nCox (VGS − VTHN )2 2 L R1 C D 動作点（OP） G I DSP VTH 0 VGS R2 ID RD VDD S VGS VGSP 電子回路Ⅰ 8 38 MOSFETのバイアス回路 R1 VGS = ID RD R2 VDD R1 + R2 D G R2 VDD S VGS 電子回路Ⅰ 8 39 MOSFETのバイアス回路 R1 VGS = VG − VS = ID RD R2 VDD − RS I D R1 + R2 D G R2 VDD S VGS RS CE 電子回路Ⅰ 8 40
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