エミッタ接地における出力信号の反転について

Question

あけましておめでとうございます。
新年そうそう申し訳ございませんがよろしくお願いいたします。
(1)エミッタ接地回路における入力信号と出力信号の関係についてですが、ベースバイアスを加えた場合には、出力信号は入力信号に対し反転しているのですが、ベースバイアスなしの場合ではも同様に反転するのでしょうか。あくまで、出力信号が反転するのはベースバイアスを加えたときだけなのでしょうか。

(2)この出力信号の反転について、なぜ反転して現れるのでしょうか。理論にこだわりすぎで、このようなものはよく結果として得られるものもあるかと思いますが、どの回路で・・・というか、どのような仕組み、原理から反転しているのでしょうか。

(3)この反転は出力信号で現れますが、コレクト電圧（コレクト－エミッタ間電圧）において、入力信号に対して反転して現れているのでしょうか。

細かい事項で申し訳ございませんがヨロシクお願いいたします。

isoworld · Accepted Answer

エミッタ接地トランジスタ回路における出力信号（電圧）は、入力信号（電圧）に対して反転します（位相が逆になります）。ベースにバイアスを与えるかどうかには関係しません。

　入力信号（電圧）によってベースに電流が流れ込むと、それがコントロール作用をして、コレクタに増幅された電流が流れることが可能になります。電圧増幅するためにはコレクタに一端を電源に接続した負荷抵抗をつけるわけですが、コレクタを通じて負荷抵抗に増幅された電流が流れると、コレクタの電圧は接地側に近づくので、コレクタから取り出す出力信号（電圧）は原理的に入力信号（電圧）に対して反転します。

　エミッタに抵抗をつけ、この抵抗を介してエミッタを接地すると、エミッタの出力信号（電圧）は、入力信号（電圧）と同相になります（反転しません）。

　コレクタとエミッタの両方に抵抗をつけると、コレクタ出力電圧は反転し、エミッタ出力電圧は反転しません。

tetsumyi · Answer

電気回路を理解したいのであれば結果だけを聞いてもほとんど意味がありません。
トランジスタの基本的な電流の流れ方を理解してください。
ベースバイアスを加えなければ電流は流れませんから入力信号に対して出力信号は出てきません。

入力電圧が少し高くなるとベース電流が増え、増幅された電流増加分がコレクタに流れます。
NPNの場合、コレクタから＋に抵抗を通して接続されているので抵抗の電圧降下が大きくなってコレクタ電圧は下がります。
つまり、入力電圧が上がるとコレクタ電圧は下がると言うことで反転します。

isoworld · Answer

ANo.2「この回答へのお礼」で「コレクタとエミッタの両方に抵抗をつけると、コレクタ出力電圧は反転し、エミッタ出力電圧は反転しません、というのは何を意味しているのでしょうか？」は、位相関係の理解を助けるために、参考としてお伝えしたものです。
　このエミッタ接地の使い方で、エミッタにつけた抵抗Ｒeとコレクタにつけた抵抗Ｒcを同じ値にすると、エミッタ出力とコレクタ出力からはお互いに位相反転した出力電圧（電圧振幅は同じ）が得られます（このとき、電圧増幅機能はありません）。

a-saitoh · Answer

反転するかどうかは、どこをどう観測するかによりますが。。。。

トランジスタはベース電流に比例してコレクタ電流が流れます。
普通はベース電圧とベース電流は正の相関があります。
回路的にはコレクタ電流が多く流れるときコレクタ電圧が下がるのでコレクタの電圧を観測していると「入力電圧増える→ベース電流増える→・・・→出力電圧下がる」で反転しているということになります。

出力「電流」を観測するならば、非反転です。

バイアスは、動作点を動かすとか安定動作のためのモノであって反転/非反転とは関係ありません。
トランジスタが増幅動作をするのはベース電流が流れ込む範囲に於いて、です。交流をそのままベースに加えると負電圧は増幅されません。

エミッタ接地における出力信号の反転について

エミッタ接地トランジスタ回路における出力信号（電圧）は、入力信号（電圧）に対して反転します（位相が逆になります）。

電気回路を理解したいのであれば結果だけを聞いてもほとんど意味がありません。

反転するかどうかは、どこをどう観測するかによりますが。

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