エミッタ接地回路、AC、入力特性、増幅、ゲイン、振幅、など

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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基礎


さあ、いよいよトランジスタ増幅の基礎についての勉強です。少しずつ面白くなっていきますよ!!

1、AC動作入力特性について

エミッタ接地回路のAC動作を考えていきましょう。

エミッタ接地

     (a)  回路
Fig.1 エミッタ接地回路と基本特性




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 (b) 入力電圧対出力電圧

トランジスタのAC特性について考える前に、トランジスタの増幅について考えていきましょう。Fig.1に再度エミッタ接地回路のDCスイープ特性を示します。具体的に(b)の特性について調べてみましょう。

(1) 領域Aについて

領域AにおいてFig.1(b)の特性では電源電圧からほぼ0Vまで急峻に下がっています。つまり入出力の関係で考えると入力電圧の変化が約0.2Vという極小さなVINの変化にも関わらず、出力電圧は約5Vまで急峻に下がっています。(5v÷0.2v=25倍になっている)

見方を変えると小さな入力電圧の変化で、出力が大きく変化しているということです。入力電圧と出力電圧の関係で考得た場合、入力した電圧より出力する電圧の方が大きい、すなわち入力信号が増幅されているのです。これがポイントです。

この領域Aではベース電流に応じたコレクタ電流の変化、つまりIc=Ib×βが成り立ち、ベース電流の変化でコレクタ電流が変化し、コレクタ電流と負荷抵抗の電圧降下によりコレクタ電圧が変化します。

例えば、入力電圧の微少変化+⊿VIN と-⊿VIN を考えます。

+⊿VIN  ⇒ +⊿Ib ⇒+⊿Ic=⊿Ibβ ⇒ +⊿Ibβ×Z
-⊿VIN  ⇒ -⊿Ib ⇒-⊿Ic=⊿Ibβ ⇒ -⊿Ibβ×Z

つまり、この領域では入力電圧の変化が回路で決まるゲイン倍された出力の電圧の変化になるので入出力の関係を考えた場合、増幅することが出来るのです。これは驚きです。

(2) 領域Bについて

エミッタ接地のDCスイープ特性
 (b) 入力電圧対出力電圧
Fig.1 エミッタ接地回路と基本特性

領域Bにおいて、Fig.1(b)の特性では入力電圧を上げていっても出力電圧はほぼ一定です。つまり入出力の関係で考えると入力電圧が約4Vと大きく変化しているにも関わらず、出力電圧は、たったの数mVと、ほとんど変化していません。つまりこの領域Bでは増幅できないことが分かります。

この領域では入力電圧を上げベース電流を増加させていってもコレクタ電流は電源電圧と負荷抵抗で決まった電流(5v÷20kΩ)しか流せないので
Ic=Ib×βが成り立ちません。これがポイントです。

以上よりトランジスタを増幅させたい場合は、必ず領域Aにトランジスタをバイアスする必要があります。

2、最適なバイアスポイント

では、次にトランジスタを増幅器として用いる場合の、最適なバイアスポイントについて考えてきましょう。いったいどんな電圧にバイアスすればよいのでしょうか?

エミッタ接地のDCスイープ特性
(b) 入力電圧対出力電圧
Fig.1 エミッタ接地回路と基本特性

増幅器として使用する場合、重要なポイントのひとつとして、どれだけ出力振幅を大きくできるか?があります。つまり、入力信号に対して出力信号の振幅を最大にする条件です。簡単に考えると出力電圧のバイアスポイント電圧が電源電圧の1/2の時です。この電圧が電源側やGND側に偏ってしまうと、出力信号の上側か下側がクランプされてしまい信号がひずみます。

次に、エミッタ接地回路に限らず、出力振幅を最大に取るためのバイアス条件の簡単な見つけ方を紹介します。とはいっても、上記手順と何ら変わりはありません。

手順1

その回路の入力に0Vから電源電圧までの信号を入力しDCスイープする。


手順2

手順1のDCスイープ結果から出力電圧で電源電圧の1/2になっている入力電圧を読み取る。


手順3

手順2で読み取った入力電圧をバイアスする。

この考え方は非常に重要です。エミッタ接地回路だけでなく様々な増幅器に適用できます。でも実際、ここで求めた電圧は、微妙な電圧になることも多く、実際にバイアスするのが難しいですが、この考え方が重要です。実際に回路でバイアスする場合は、ディスクリート回路やオペアンプなどでは、入力にコンデンサを接続し、ベースバイアス電圧の上にカップリングし、信号を入力することが多いと思います。



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