ベース設置回路の問題

ベース設置回路の問題です
(1)-(5)の解答をお願いします

No.1 回答者： xpopo 回答日時： 2019/07/18 18:07

1) Ic-VCB特性において、VCB=0でもIc=0にならない理由を述べよ。

　　ベース－コレクタ接合のバイアスが0Vでもトランジスタはまだ活性領域にあるので電流増幅率も下がらず活性領域の時の値を維持してるため。

2)Ic－VCB特性において、IcがVCB>0でほとんど一定になっているのはなぜか。

　　VCB>0ではトランジスタは活性領域にある。入力のエミッタ電流IEに対して出力のコレクタ電流ICはエミッタ電流IEからベース電流IBを引き算した値になるのでICは

　　　IC＝IE－IB　　（１）

で与えられる。またIBは電流増幅率をｈFEとすれば、

　　IB=IC／ｈFE　　（２）

で与えられる。
ここで式（２）を式（１）に代入して整理するとICは

　　IC＝IE＊ｈFE／（１＋ｈFE)　　　（３）

とまとまります。式（３）の右辺の分子分母をｈFEで割って整理して

　　IC＝IE／（１＋１／ｈFE)　　　（４）

VCB＞０ではｈFEは大きく100程度なので式（４）に例えばｈFE=100を代入すると

　　IC=IE／（１＋1／１００）＝IE／（1.01）≒IE

となり、IEが一定な条件下ではICも一定になる。

3)入力電流　iE　と入力抵抗　Ri　を求めよ。

　　図2.17の　a)IE－VBE静特性より　VBE>0.69V　の領域で　特性の傾きから

　　　　Ri＝⊿VBE／⊿IE＝20mV／1mA＝20Ω

4)　R=3kΩの時の負荷直線および動作点を図中に記入し、コレクタ電流ICと出力電圧Voを求めよ。またR=6kΩになった時のICとVoはいくらか。両者の場合の電圧利得Avを求めよ。

　①　R=3kΩの場合
　　R=3kΩにコレクタ電流ICが流れない状態IC=0で→コレクタ電圧VC0は　VC0＝ECE－EBE＝18V－0.73V＝17.27V　IC=0

　　R=3kΩにコレクタ電流が流れてVCB=０Vの状態で→コレクタ電流ICは　IC＝（ECE－EBE）／R＝（18V－0.73V）／3kΩ＝5.76mA　VCB=0

　　以上より負荷直線は　点（VCB=17.27V、IC=0mA）と点（VCB=0V、IC=5.76mA）を結んだ直線になります。

　　動作点は　図2.17のa)の曲線よりVBE=0.73Vの時のIEを求めると　IE=2mA　と読み取れます。上で求めた負荷線に対してエミッタ電流軸上のIE=2mAのポイントから水平に負荷線までの直線を引きます。その直線と負荷線の交点が動作点（IC=2ｍA, VCB=11.3V)という事になります。
　　
　　電圧利得Aｖは入力電圧をvi、入力抵抗Riとしてic＝ieは
　　
　　　　ie＝ic＝Vi／Ri　　（５）

　　と求まり、つぎに出力電圧voは

　　　　vo＝ic×R　　（６）

　　式（６）より　ic＝vo／R　を式（５）に代入して　Av＝vo／vi　を求めると

　　　　Av＝vo／vi＝R／Ri　　（７）

　　と求まるので、式（７）にRi=20Ω、R=3kΩを代入してAvは

　　　　Av＝3kΩ／20Ω＝150

　　を得る。

　②　R=6kΩ
　　R=6kΩにコレクタ電流ICが流れない状態IC=0で→コレクタ電圧VC0は　VC0＝ECE－EBE＝18V－0.73V＝17.27V　IC=0

　　R=6kΩにコレクタ電流が流れてVCB=０Vの状態で→コレクタ電流ICは　IC＝（ECE－EBE）／R＝（18V－0.73V）／6kΩ＝2.89mA　VCB=0

　　以上より負荷直線は　点（VCB=17.27V、IC=0mA）と点（VCB=0V、IC＝2.89mA）を結んだ直線になります。

　　動作点は負荷線上でIC=２ｍAのpointを読んでVCB=5.3Vより　（VCB=5.3V、IC=2mA）という事になります。

　　電圧利得Avは式（７）に　Ri=20Ω、R=3kΩを代入して

　　　Av＝6kΩ／20Ω＝300

を得る。

5)　上の結果より、ベース接地の出力抵抗Roについてどのようなことが言えるか。

　出力抵抗Roは出力のバイアス電圧ECEが変化した時にどの程度出力電流、即ちICが変化するかの度合いである。一方、VCBの変化に対してコレクタ電流は殆ど一定で変化しません。これは負荷側から見たコレクタ抵抗が非常に大きいことを意味します。従って出力のバイアス電圧ECEの変化に対しても同様にコレクタ電流はほとんど変化しないことになり、結果出力抵抗Roは非常に大きいことが分かります。