エミッタ接地のDC入出力特性、VF、ベース電流、飽和領域、について

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更新日 2017-05-21 | 作成日 2008-01-12

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エミッタ接地回路のDC特性


さあ、次はいよいよ実際の回路を勉強していきましょう。まずは、エミッタ接地回路のDC入出力特性について説明します。ここで扱う内容は、エミッタ接地だけでなく、あらゆる回路にも適用できますので、必ず理解しておく必要があります。ホント楽しみですね。

1、DC入出力特性について

エミッタ接地回路のDC入出力特性を考えていきましょう。

エミッタ接地基本回路
     (a)  回路
Fig.1 エミッタ接地回路と基本特性








エミッタ接地DCスイープSim結果
  (b) 入力電圧対出力電圧

回路図中のZは、負荷抵抗です。ベース端子VINに0Vから電源電圧まで電圧を印加してみましょう。また、その時のVINとVOUT電圧との関係をFig.1の(b)に示します。この回路がどのような動きをするか簡単に考えてみましょう。

<考え方1>
VINに0Vを与えたとき、VOUTがどうなるかを考えます。

⇒VIN=0Vなのでトランジスタはオフし、VOUTは電源電圧になります。つまり、入力:L、出力:Hとなります。


<考え方2>
VINに電源電圧を与えたとき、VOUTがどうなるかを考えます。

⇒VIN=電源電圧なのでトランジスタはオンし、VOUTはほぼ0Vになります。つまり、入力:H、出力:Lとなります。

このような簡単なチェックで、上記Fig.1のエミッタ接地回路は入力したものと反対の信号が出るスイッチのような動作をすることが分かります。(ロジック回路のインバータのようなイメージです)。はじめて回路を見て動作が分からないときは、このようにトランジスタにH、Lの信号を入力しながら動作を追っていくとその回路のイメージが掴みやすいです。

2、エミッタ接地回路のDC特性Sim

エミッタ接地Sim回路図
(a) 回路図  

エミッタ接地DCスイープSim結果
(b) Vinを0~5Vまでスイープ時の
Sim結果
Fig.2 基本エミッタ接地回路



まずは各部品の意味について解説します。

<部品と役割>

V1⇒入力電圧
V3⇒回路の電源電圧
R1⇒ベース電流制限抵抗
R2⇒負荷用抵抗

R1はトランジスタのベース端子に直接電源を与えた場合、過大なベース電流が流れるのでこれを制限します(無くても動作はします)。この抵抗R1があれば上記回路でベース端子に5V印加した時でも5v(入力電圧)-0.7v(Vbe) ÷10kΩ(制限抵抗)=430uAにベース電流は制限できます。

R2はコレクタ電流を出力電圧の変化に変換する抵抗です。

この回路でVinの電源V1を0Vから5Vまでスイープしていった時の出力電圧を確認してみましょう。Fig.2(b)にSim結果を示します。

エミッタ接地DCスイープSim結果
(b) Vinを0~5Vまでスイープ時の
Sim結果

トランジスタはベース・エミッタ間電圧が約0.6V程度になるとONしはじめコレクタ電流を流す素子です。これ以下の電圧ではコレクタ電流は流れません。

Vout電圧はQ1のコレクタ電流が流れないときは、Vout電圧は抵抗でプルアップされているだけなのでほぼ電源電圧と等しくなります。(ただし、Voutの後段の回路が接続されている場合は、R2と次段回路の入力インピーダンスにより抵抗分割された電位になります。)

つまりFig.2(b)から分かるようにVin電圧が約0.6VでトランジスタがONしコレクタ電流を流し始め、この流れ始めたコレクタ電流と負荷抵抗R2によりVout端子の電圧は下がっていきます。従って、Vout端子の電圧は電源電圧からこのコレクタ電流と負荷抵抗R2による電圧降下を引いた値になります。

Vout=5v(電源電圧:V3) -( Ic×R2)

Fig.2(b)の特性で入力電圧VINが約0.6V付近から出力電圧は5Vからほぼ0V付近まで低下しているのは、コレクタ電流が流れ始め、コレクタ電流が増加していくためです。

例えば負荷抵抗R2=20kΩなので

5v(電源電圧:V3) ÷20kΩ(R2)=250uAとなり

コレクタ電流が仮に250μA流れただけでVout電圧はほぼ0V付近まで低下します。実際は別の章で説明しているようにトランジスタの飽和電圧の特性により0Vにはならず、Vce(sat)電圧になります。
(Vce(sat)とはコレクタ・エミッタ間電圧のsaturation(飽和)の時の電圧を意味します。)

以上がエミッタ接地回路のDC入出力特性です。









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