第2章トランジスタ回路の部屋

第 2 章トランジスタ回路の部屋
バーチャル・スタジオ 1
クタ電流も増減します．V BE の変化量 V in に対する出
力電流 I C の変化量を相互コンダクタンス（g m ）と呼び
ます．g m は図 2 の曲線の傾きに相当します．g m が大
トランジスタで
電圧を増幅する実験
きいほど入力信号の変化に対する出力電流の変化が大
きくなります．つまりゲインが高くなります．
図 2 から，バイアス電圧 V B を高くしてコレクタ電
（1）電圧を電流に変換する
（2）その電流を再び電圧に変換する
図 1 に示すのはトランジスタ増幅回路の原理的な回
路です．エミッタ接地増幅回路と呼びます．
トランジスタは，LTspice に標準でついているもの
で，ベース電流とコレクタ電流の比である電流増幅率
hFE は 100 です．
電圧源 V B は，トランジスタを活性化する電源で，
バイアス電圧と呼びます．図 1 は原理回路なので，ベ
ース−エミッタ間電圧V BE に等しいです．
① 電圧を電流に変換
図 2 に示すのは，図 1 のトランジスタのベース−エ
ミッタ間電圧 V BE とコレクタ電流 I C の関係です．信
号源のV in は 0 V です．
電子回路シミュレータ LTspice でコレクタ電流を表
示するときは，マウスをコレクタの上にもっていき，
カーソルが電流プローブに変わったらクリックします．
▶コレクタ電流が多いほどゲインは高い
バイアス電圧V B を 0.5 V から 0.8 V まで 1 mV ずつ増
しながらコレクタ電流 I C をプロットすると，I C は指
数関数的に増します．
ある V BE を中心に交流信号 V in で増減させるとコレ
流をたくさん流せば流すほど，曲線の傾きが急峻にな
ります．つまりg m が大きくなります．
② 電流を電圧に変換
入力信号によって増減したコレクタ電流は，負荷抵
抗
（R L ）に流れて電圧に戻され，出力されます．入力
電圧の増減幅と出力電圧の増減幅の比がゲインです．
● バーチャル実験！原理回路の増幅のようす
▶計算式
ベース−エミッタ間電圧（V BE ）とコレクタ電流（I C ）
には次式のような関係があります．
IC ＝IS eVBE /VT
I S は，トランジスタ固有の値で逆方向飽和電流と呼
びます．LTspice では 10 − 16 A に初期値が設定されて
います．V T は熱電圧で次式で表されます．
VT ＝kT /q ≒ 26 mV
（2）
ただし，k ：ボルツマン定数
（1.3807 × 10 − 23）
［JK − 1］，T ：絶対温度（300）
［K］，q ：電子電荷
−
19
（1.602177 ＋ 10
）［C］
入力電圧の変化に対する出力電流の変化「相互コン
ダクタンス（g m ）」は式（1）
を微分すると求まります．
gm ＝
3.0
（260μA）
Vout
1 電圧を入力
すると…
3 Vcc −R L IC という電圧に
変換されて出力される
トランジスタに増幅作用
をもたせる（活性化する）
バイアス電源
.dc VB 0.5 0.8 1m
;tran 0 5m 0 0.1u
;ac oct 10 100 100k
図 1 電圧を増幅するトランジスタ回路
42
コレクタ電流 IC［mA］
2 電流に変
換される
IC
（1）
dIC
IS eVBE /VT
IC
＝
＝
dVBE
VT
VT
（3）
Ic（Q1）
3.0
2.7
2.7
2.4
2.4
2.1
2.1
1.8
1.8
1.5
1.5
1.2
コレクタ抵抗R（1kΩ）
に流れる電流．
L
VCC −RL IC の電圧が出力される
1.2
0.9
0.9
0.6
0.6
0.3
0.3
IC ×1kΩ［V］
● 入力信号が増幅されて出力されるまで
トランジスタは次の 2 ステップで電圧を増幅します．
0
800
0
600
700
ベース-エミッタ間電圧 VBE ［mV］
入力信号
図 2 図 1 のベース−エミッタ間電圧を増やすとコレクタ電流は
指数関数的に増加する
2016 年 4 月号

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