3.4 増幅器の特性を表す諸量
増幅器の動作量
i1
ρ
+
v1
v0 ～
i2
v2
増幅器
－
入力
負
RL 荷
抵
抗
出力
4端子(2端子対)回路としての増幅器
i2’=－i2
ρ
v0 = 0
増幅器
入力
v1
(i) 入力インピーダンス： Zi =
i1
v
(ii) 電圧利得： Av = 2
v1
i2
(iii) 電流利得： Ai =
i1
v2i2
(iv) 電力利得： Ap = v i
1 1
v2
(v) 出力インピーダンス： Zo =
－i2
v2
出力
出力インピーダンスの求め方
(内部インピーダンスの計算)
i2
v2 ’ ～ +
－
Zo
v2
負
RL 荷
抵
抗
テブナンの定理
3.5 トランジスタ基本増幅回路
3.5.1 ベース接地基本増幅回路
VEE=0, VCC=0として
交流分の回路
(C1, C2 により短絡) トランジスタの交流等価回路へ
結合コンデンサ
C1
ρ
+
v0 ～
－
RE
VEE
n
n
p
RL
VCC
ie
i1
C2
v2
ρ
+
v0 ～
n
n
v1 RE
p
ib
ic
RL
v2
－
ベース接地基本増幅回路
増幅器
直流動作点(バイアス計算)は
式(3.2)～式(3.4)を用いる
トランジスタαi
トランジスタの交流等価回路へ
ie
i1
p
ρ
RE
+
～
n
n
ib
i1
ic
RE
ρ
RL
v2
v0－
+
v0 ～
ie
re
ib
e
ic
rc
rb
RL v2
－
増幅器
交流等価回路
増幅器
rc≫RL, rb
(rc ≒ ∞)
[注意] reの値は直流バイアスIE
より求まる
i1
re = 0.026/IE [Ω]
ie = ib + ic
ic = αie
｛
ρ
RE
+
v0 ～
ie トランジスタ
αie
re
v1 i b r b
－
増幅器
重要な基本式です！忘れずに
簡易等価回路
ic
RL v2
ベース接地
ベース接地トランジスタ
トランジスタ部の動作量
接地トランジスタ部
v1
(i) 入力インピーダンス： Zib =
ie
v2
(ii) 電圧利得： Avb =
v1
ic
(iii) 電流利得： Aib =
ie
v2ic
(iv) 電力利得： Apb =
v1ie
v2
(v) 出力インピーダンス： Zob =
(v0＝0として計算)
－ic
入力電圧をv0を零にする ⇒ 電流源ic＝αieの電流が零
i1
RE
ρ
v0 +～
ie トランジスタ
αie
re
v1 i b r b
ic
RL v2
ie = ib + ic
ic = αie
基本式より
ib = ie － ic
｛
= ie －αie
= (1－α)ie
－
増幅器
簡易等価回路
v1 = reie ＋ rbib = {re ＋ (1－α)rb}ie
v1
Zib =
= re ＋ (1－α)rb
ie
v2 = RLic = αRLie
v2
αRLie
Avb = v =
{re ＋ (1－α)rb}ie
1
ic
Aib =
=α
ie
=
αRL
re ＋ (1－α)rb
v2
Zob =
=∞
－ic
ベース接地トランジスタの動作量の詳細
近似式
Zib
Avb
re ＋ (1 － α)rb
αRL
re ＋ (1 － α)rb
Aib
α
Zob
∞
精密式
(1－α)rbrc ＋ rbRL
re ＋
rc ＋ rb ＋ R L
αRLrc ＋ rbRL
[re ＋ (1 － α)rb] ＋ rb re ＋ re RL ＋ RL rb
αrc ＋ rb
rc ＋ rb ＋ RL
RE ρ
rb(re ＋ R0 － αrc)
, R0 = R + ρ
rc ＋
rb ＋ re ＋ R0
E
3.5.2 エミッタ接地基本増幅回路
結合コンデンサ
R1
C1
ρ
+
v0 ～
R2
RL
VCC=0として
交流分の回路
(C1, C2 , CE により短絡) トランジスタの交流等価回路へ
C2
VCC
p n
n
v2
RE
CE
v1
－
i1
ib
p
ρ
+
v0 ～
R1 R2 ie
ic
n
n
RL
v2
－
バイパスコンデンサ
エミッタ接地基本増幅回路
増幅器
直流動作点(バイアス計算)
は式(3.12)～式(3.14)または
式(3.23)～式(3.27)を用いる
トランジスタの交流等価回路へ
i1
ib
p
ρ
+
v0 ～
R1 R2 ie
ic
n
n
RL
トランジスタ
ib
i1
v2
ic
rb
ρ
+
βib
R1 R2
v0 ～
ie
(1－α)rc
re
RL v2
－
－
増幅器
増幅器 交流等価回路
[注意] reの値は直流バイアスIE
(1－α)rc≫RL, re
より求まる
(rc ≒ ∞)
ibトランジスタβi
re = 0.026/IE [Ω]
i1
b
ib = ie + ic
ic = －βib
｛
ρ
+
v0 ～
rb
R1//R2 v1
re
ie
－
増幅器 簡易等価回路
ic
RL v2
トランジスタ部
エミッタ接地
接地トランジスタ
部の動作量
エミッタ
接地トランジスタ
v1
(i) 入力インピーダンス： Zie =
ib
v2
(ii) 電圧利得： Ave =
v1
ic
(iii) 電流利得： Aie =
ib
v2ic
(iv) 電力利得： Ape =
v1ib
v2
(v) 出力インピーダンス： Zoe =
(v0＝0として計算)
－ic
入力電圧をv0を零にする ⇒ 電流源ic＝－βibの電流が零
i1
ρ
+
v0 ～
ibトランジスタβi
rb
R1//R2 v1
b
re
ie
ic
ib = ie + ic 基本式より
ic = －βib ie = ib － ic
= ib ＋βib
｛
RL v2
= (1＋β)ib
－
増幅器 簡易等価回路
v1 = rbib ＋ reie = {rb ＋ (1＋β)re}ib
v1
Zie =
= rb ＋ (1＋β)re
ib
v2 = RLic = －βRLib
v2
－βRLib
Ave = v =
{rb ＋ (1＋β)re}ib
1
ic
Aie =
= －β
ib
=
－βRL
rb ＋ (1＋β)re
v2
Zoe =
=∞
－ic
エミッタ接地トランジスタの動作量の詳細
近似式
Zie rb ＋ (1 ＋ β)re
Ave
－βRL
rb ＋ (1 ＋ β)re
Aie
－β
Zoe
∞
精密式
rerc ＋ reRL
rb ＋
(1－α)rc ＋ re ＋ RL
－αRLrc ＋ reRL
[re ＋ (1 － α)rb]rc ＋ re rb ＋ rb RL ＋ RL re
－αrc ＋ re
(1 － α)rc ＋ re ＋ RL
1
(re ＋ R0)(re － αrc)
, R0 = 1
rc ＋
1 + 1
rb ＋ re ＋ R0
+
R1 R2 ρ
3.5.3 コレクタ接地基本増幅回路 (エミッタフォロワ
エミッタフォロワ)
エミッタフォロワ
結合コンデンサ
R1
C1
ρ
+
v0 ～
p
R2 v
1
n
C2
n
VCC=0として
交流分の回路
(C1, C2 により短絡)
VCC
トランジスタの交流等価回路へ
i1
p
ρ
RL v2
－
ib
+
v0 ～
R1 R2 ic
－
増幅器
コレクタ接地基本増幅回路
ie
n
n
RL
v2
トランジスタの交流等価回路へ
i1
ib
p
ρ
+
v0 ～
R1 R2 ic
ie
n
n
RL
トランジスタ
ib r
b
i1
v2
ρ
+
re
ie
R1 R2 (1－α)rc
v0 ～
RL v2
βib
－
－
増幅器
増幅器 交流等価回路
[注意] reの値は直流バイアスIE
(1－α)rc≫RL, re
より求まる
(rc ≒ ∞)
ib トランジスタ re
re = 0.026/IE [Ω]
i1
ib = ie + ic
ic = －βib
｛
ρ
+
v0 ～
ie
rb
R1//R2 v1
RL v2
βib
－
増幅器 簡易等価回路
コレクタ接地
コレクタ接地トランジスタ
接地トランジスタ部
トランジスタ部の動作量
v1
(i) 入力インピーダンス： Zic =
ib
v2
(ii) 電圧利得： Avc =
v1
ie
(iii) 電流利得： Aic =
ib
v2ie
(iv) 電力利得： Apc =
v1ib
v2
(v) 出力インピーダンス： Zoe =
(v0＝0として計算)
－ie
電圧利得と電流利得の負号 ⇒ 入力と出力で位相が反転
○出力が反転位相
⇒ 逆相増幅器 (反転増幅器)
・・・ エミッタ接地
○入力と出力が同位相
⇒ 正相増幅器 (非反転増幅器) ・・・ ベース接地, コレクタ接地
h-パラメータによる交流等価回路 (テキストP.49参照)
[エミッタ接地h-パラメータ]
[ ] =[
vbe
ic
hie hre
hfe hoe
][ ]
ib
vce
ib
vbe
ic
hie
hrevce ～
1/hoe vce
+
－
vbe= hieib+hrevce
ic = hfeib +hoevce
hrevce≒0
1/hoe≒∞
ib
vbe
ic
hie
hfeib v
ce
hfeib
交流等価回路
簡易等価回路
(一般的によく用いられる
増幅器のモデル)
3.6 FET基本増幅回路
3.6.1 ソース接地基本増幅回路
RL
VDD=0として
交流分の回路
(C1, C2 , CSにより短絡)
C2
VDD
C1
ρ
+
v0 ～
RG
RS
CS
v2
－
FETの交流等価回路へ
i1 = ig = 0 i
2
iin i1
ρ
RG
+
v0 ～
－
増幅器
ソース接地基本増幅回路
RL
v2
ソース接地FET部の動作量
FETの交流等価回路へ
i1 = ig = 0
i2
iin i1
ρ
RG
+
iin
RL
v2
ρ
RG
+
v0 ～
v0 ～
－
－
i1
rd i2
RL
v
μ
v
v1 gs ～ gs
－
+
v2
増幅器
増幅器
交流等価回路
v1
(i) 入力インピーダンス： Zis =
i1
v2
(ii) 電圧利得： Av =
v1
v2
(iii) 出力インピーダンス： Zos =
(v0＝0として計算)
－i2
入力電圧をv0を零にする(v1=vgs=0) ⇒ 電圧源μvgsの電圧が零
3.6.2 ドレイン接地基本増幅回路
R1
C1
ρ
+
v0 ～
R2
VDD=0として
交流分の回路
(C1, C2により短絡)
ID
FETの交流等価回路へ
VDD
iin
i1
C2
ρ
RL
v2
－
+
v0 ～
R1//R2
－
増幅器
ドレイン接地基本増幅回路
i2
RL
v2
ドレイン接地FET部の動作量
i1 = ig = 0
FETの交流等価回路へ
iin
iin
ρ
+
R1//R2
－
rd
i1
ρ
v0 ～
i1
i2
RL
+
v2
v0 ～
－
R1//R2 v1 vgs ～μvgs
+
－
増幅器
i2
RL
増幅器
v1
(i) 入力インピーダンス： Zid =
交流等価回路
i1
v2
(ii) 電圧利得： Av =
v1
v2
(iii) 出力インピーダンス： Zod =
(v0＝0として計算)
－i2
入力電圧をv0を零にする(v1=0) ⇒ 電圧源vgs=－v2
v2
[各種動作量計算上の注意点]
トランジスタ部
トランジスタ部
増幅器
v1
(i) 入力インピーダンス： Zie =
ib
v2
(ii) 電圧利得： Av =
v1
ic
(iii) 電流利得： Ai =
ib
v1
(i) 入力インピーダンス
入力インピーダンス： Zi =
i1
v2
(ii) 電圧利得： Av =
v1
i2
(iii) 電流利得：
電流利得 Ai =
i1
R1 RC
C1i i ic
1 b
ρ
+
v0 ～
R
R2 v1 E
C2
RL
CE
i2
v2
VCC
－
エミッタ接地トランジスタ増幅回路
入力電流i1, 出力電流i2
の定義位置に注意せよ。
負荷抵抗RLの有無及び
バイパスコンデンサCEの
有無にも注意せよ。
R1
ic
C1i i
1 b
ρ
+
v0 ～
RE
R2 v1
RC (RL)
R1
C2
CE
C1i1
VCC
v2
ρ
VCC
CE
v2
v0 ～
－
R1 RC
C1i i ic
1 b
v0 ～
ib
RE
+
[負荷抵抗なし]
+
RC (RL )
C2
－
ρ
ic
RE
R2 v1
[負荷抵抗なし/R2なし]
R1
C2
RL
i2
v2
C1i
VCC
1
ρ
+
RC
ib ic
RE
C2
VCC
i2
RL
v2
v0 ～
－
－
[負荷抵抗あり/CEなし]
[負荷抵抗あり/R2なし/CEなし]
i2
v1
増幅器 Zi = i Ai = i
1
1
ib
i1
ρ
+
v0 ～
βib
ic
rb
v1 R1 R2
ie
(1－α)rc
re 簡易等価回路
×
の場合rcなし
トランジスタ
ic
v1
Ai =
Zie =
ib
ib
i2
RC
RL
v2
－
RE
R2の有無
REの有無
RLの有無
エミッタ接地基本増幅回路の交流等価回路
例えばテキストP.82演習問題3.6参照 (R2有り/ RE有り/ RL無しの場合)
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