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Transistor Circuits：エミッタ接地回路の基本4
今回は、エミッタ接地回路のバイアスについて、基本的な内容をまとめていきます。
Contents：解説1、 エミッタ接地回路のバイアスについて
エミッタ接地回路のバイアスについて考えてみます。回路にバイアスするとは、回路を動作する状態にすることです。各素子がオフするのではなく、オンし、動作している状態にすることです。エミッタ接地回路の場合は、設定したいエミッタ電流になるように、トランジスタのVbe電圧を設定することです。また、出力電圧を電源電圧の1/2になるように、トランジスタを動作させることです。この設定されたバイアス電圧を基準にトランジスタは、AC動作を行うので、バイアスポイントを間違えると、出力波形の上が、下かがクランプしてしまったりするなど、 最大振幅が取れなくなるため、注意が必要です。では、次の例題で確認してみましょう。
a)エミッタ接地回路
(b)入出力電圧特性
Fig.1 エミッタ接地回路基本特性
上記回路を、前のページで説明した手順に従って考えてみます。Vout電圧が、電源電圧の1/2になる入力電圧は、0.563Vでした。この電圧をVINのバイアス電圧にし、振幅5mVのSin波を入力してみます。
Fig.2 Voutが電源電圧の1/2程度になるようにバイアスを与えたときの特性
Fig.2に結果を示します。
Vinが10mV振れているのに対し、Voutは、約80mVとなっており、 約8倍に増幅されています。これは、想定どおりの結果です。
次に、勉強のため、わざとバイアス電圧をずらして入力してみます。Vout電圧が、約0.5V付近になる入力バイアス電圧を入れてみます。その電圧は、VIN=0.7Vです。この電圧をVINのバイアス電圧にし、振幅5mVのSin波を入力してみます。
Fig.3 Voutが約0.5Vになるようにバイアスを与えたときの特性
Fig.3に結果を示します。Vinが10mV振れているのに対し、Voutは、約1.4mVとなっており、 増幅どころか、減衰してしまっています。これも、想定どおりの結果です。
以上の結果より、DCバイアス電圧を間違えると、せっかくの増幅器が、 増幅器でなくなってしまうため、注意が必要です。適切な電圧になるようバイアス設計は、非常に重要です。
Contents：解説2、 エミッタ接地回路のバイアス例
次に考えてみたいのは、どのようにしてバイアスするかです。実際のトランジスタ回路のバイアス方法について考えてみます。最も簡単なバイアス回路は、抵抗分割です。次の回路を例にとって、バイアス電圧や、電流の決定方法を考えてみます。
電源電圧=5V、Z1=Z2=10kΩ、Z3=25kΩ、Z4=18kΩ
Fig.4 エミッタ接地回路のバイアス例
上記Fig.4の回路を考えます。ここでは、簡単のため、トランジスタのベース・エミッタ間電圧を 0.7Vに近似して考えます。DC特性を計算する場合、このように、
ベース・エミッタ間電圧を0.6〜0.7Vに近似すると計算しやすいです。
１、抵抗分割によるトランジスタのバイアス電位の計算
上記回路より、Z1とZ2の抵抗分割なので、
VIN=電源電圧×Z2/(Z1+Z2)=5v÷10kΩ/(10kΩ+10kΩ)=2.5V
２、エミッタ電流(≒コレクタ電流)の計算
エミッタ電圧は、VINからトランジスタのベース・エミッタ間電圧が、
下がった電圧なので、
Ve=VIN-Vbe=2.5V-0.7V=1.8V
以上より、エミッタ電流は、Ve/Z4=1.8V/18kΩ=100uA
３、出力電圧の計算
出力電圧VOUTは、電源電圧からコレクタ電流とZ3の電圧降下を引いたものなので、
VOUT=電源電圧-(Z3×Ic)=5-(25kΩ×100uA)=2.5V
以上の簡単な計算で、各ポイントにおけるDCバイアス電圧の計算ができました。上記では、エミッタ側に抵抗を入れ、エミッタ電流を決定することにより、出力電圧を決定しましたが、実際に設計する場合は、この方法が楽です。任意に回路を設計したい場合は、上記手順を参考に、逆算を行うと、
各抵抗値や電流値を決定することができます。
Contents：今回のポイント
以上ここでは、エミッタ接地回路のバイアス特性について考えましたが、特に計算する上で、トランジスタのVbeを0.6Vや0.7Vとおくことにより、オームの法則を使った簡単な計算で、各電位が求まるようになります。いろいろな回路で計算し、イメージをつかんでおいてください。
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