トランジスタ - エミッタ接地回路・コレクタ接地回路・ベース接地回路のソースを表示

== 概要 ==
ここでは、エミッタ接地回路、コレクタ接地回路、ベース接地回路の違いについて記載する。<br>
<br>
また、トランジスタを使用した増幅回路であるエミッタ接地回路の特徴や原理、コレクタ接地回路の特徴や原理、ベース接地回路の特徴や原理について記載する。<br>
<br><br>

== エミッタ接地回路、コレクタ接地回路、ベース接地回路の違い ==
エミッタ接地回路、コレクタ接地回路、ベース接地回路の違いは、トランジスタを使用した基本的な増幅回路において、<br>
どの端子を接地するかによって回路構成を分類することができる。<br>
下図に、エミッタ接地回路、コレクタ接地回路、ベース接地回路を示す。<br>
各増幅回路の見分け方は以下のようになっている。<br>
<br>
* エミッタ接地回路
*: エミッタを接地している回路であり、ベースが入力でコレクタが出力となっている。
*: <br>
* コレクタ接地回路
*: コレクタを接地している回路であり、ベースが入力でエミッタが出力となっている。
*: コレクタ接地回路において、電圧源が交流的に変化しない電圧であれば、交流的には接地と考えることができる。
*: そのため、交流的にはコレクタが接地しているということになる。
*: <br>
* ベース接地回路
*: ベースを接地している回路であり、エミッタが入力でコレクタが出力となっている。
<br>
また、各増幅回路の特徴を以下に示す。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 1.png|フレームなし|中央]]
<center>
{| class="wikitable"
|-
! 回路 !! エミッタ接地回路 !! コレクタ接地回路 !! ベース接地回路
|-
| 入力インピーダンス || 低い || 高い || 低い
|-
| 出力インピーダンス || 高い(負荷抵抗と同じ値) || 低い || 高い(負荷抵抗と同じ値)
|-
| 電圧利得 || 大きい || ほぼ1 || 大きい
|-
| 電流利得 || 大きい || 大きい || ほぼ1
|-
| 電力利得 || 大きい || エミッタ接地回路より小さい || エミッタ接地回路より小さい
|-
| 入出力の位相 || 逆相 || 同相 || 同相
|-
| 周波数特性 || 良くない || エミッタ接地回路よりも良い || エミッタ接地回路よりも良い
|}
</center>
<br><br>

== エミッタ接地回路 ==
===== エミッタ接地回路とは =====
エミッタ接地回路とは、トランジスタを使用した基本的な増幅回路の1つである。<br>
入力と出力の共通端子がエミッタ端子であるため、エミッタ接地回路と呼ばれる。また、エミッタ接地回路は、エミッタ共通回路(Common Emitter)とも呼ばれている。<br>
<br>
電圧と電流の両方を増幅可能で電力利得が大きいため、基本的な増幅回路(エミッタ接地回路、コレクタ接地回路、ベース接地回路)の中で最も主要な回路である。<br>
<br>
ベース端子に入力電圧V<sub>IN</sub>を印加することで、コレクタ端子から出力電圧V<sub>OUT</sub>を取り出す回路となっている。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 2.png|フレームなし|中央]]
<br>
<u>※補足</u><br>
<u>エミッタ接地回路は、FETにおけるソース接地回路のトランジスタ版である。</u><br>
<br>
===== エミッタ接地回路の動作(直流成分のみ) =====
# 入力電圧V<sub>IN</sub>がトランジスタのベース-エミッタ間のV<sub>BE</sub>(約0.7[V])を超えると、トランジスタが動作する。
# トランジスタが動作することにより、電源電圧V<sub>CC</sub>からコレクタ抵抗RCにコレクタ電流I<sub>C</sub>が流れる。
# 出力電圧V<sub>OUT</sub>は、電源電圧V<sub>CC</sub>からコレクタ抵抗R<sub>C</sub>の電圧降下(<math>R_C \times I_C</math>)を引いた値(<math>V_{CC} - R_C \times I_C</math>)となる。<br>なお、コレクタ抵抗R<sub>C</sub>の両端電圧を出力とする場合は、出力電圧V<sub>OUT</sub>は<math>R_C \times I_C</math>となる。
[[ファイル:Circuit Transistor 3.png|フレームなし|中央]]
<br>
===== エミッタ接地回路の動作(直流成分+交流成分) =====
下図に、トランジスタと抵抗で構成されるエミッタ接地回路、トランジスタのI<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性、I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性を示す。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 4.png|フレームなし|中央]]
<br>
ベース-エミッタ間にV<sub>BE</sub>以上の電圧を印加すると、ベース電流が流れる。<br>
そこで、ベース-エミッタ間に直流電圧V<sub>BE0</sub>を印加して、ベース電流をある程度流しておく必要がある。この電圧をバイアス電圧という。<br>
<br>
トランジスタのI<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性より、直流電圧V<sub>BE0</sub>に交流電圧v<sub>BE</sub>を加えるとベース電流は動作点I<sub>B0</sub>を中心にi<sub>B</sub>変化する。<br>
トランジスタのとI<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性より、べース電流がi<sub>B</sub>変化することで、コレクタ電流は動作点I<sub>C0</sub>を中心にi<sub>C</sub>変化する。<br>
上図のオレンジ色の負荷線より、コレクタ電流がi<sub>C</sub>変化することで、コレクタ-エミッタ間電圧は動作点V<sub>CE0</sub>を中心にv<sub>CE</sub>変化する。<br>
<br>
これが、直流成分＋交流成分を考慮した時におけるエミッタ接地回路の動作となる。<br>
「ベース-エミッタ間の電圧が大きくなる→ベース電流が増える→コレクタ電流が増える→電圧降下が増える→コレクタ-エミッタ間の電圧が小さくなる」という動作になる。<br>
<br>
すなわち、エミッタ接地回路は入力と出力の変化が逆になる。これを逆相と呼ぶ。<br>
<br>
===== エミッタ接地回路の特徴 =====
* 入力インピーダンスが低い
*: トランジスタのI<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性より、トランジスタの入力電圧(ベース-エミッタ間の電圧V<sub>BE</sub>)を大きくすると、入力電流(ベース電流I<sub>B</sub>)が大きくなる。
*: 入力インピーダンスZ<sub>IN</sub>は、<math>Z_{IN} = \mbox {入 力 電 圧 の 変 化 入 力 電 流 の 変 化} = \delta V_{BE} \delta I_B</math>となるため、
*: 入力インピーダンスZ<sub>IN</sub>は非常に小さくなる。
*: <br>
* 出力インピーダンスが高い(コレクタ負荷抵抗R<sub>C</sub>と同じ)
*: エミッタ接地回路の出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>は、コレクタ抵抗R<sub>C</sub>と同じになる。
*: 出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>がコレクタ抵抗R<sub>C</sub>と同じになる理由については、後半のセクションで記載する。
*: <br>
* 電流利得が高い
*: コレクタ電流i<sub>C</sub>はベース電流i<sub>B</sub>に対して、電流増幅率h<sub>fe</sub>を掛けた値となる。
*: 電流増幅率h<sub>fe</sub>の大きなトランジスタでは1000程度であり、構造上、電流増幅率h<sub>fe</sub>を大きくすることができないパワートランジスタでは数十程度となっている。
*: エミッタ接地回路では、入力電流i<sub>IN</sub>はベース電流i<sub>B</sub>であり、出力電流i<sub>OUT</sub>はコレクタ電流i<sub>C</sub>となる。
*: そのため、電流利得A<sub>I</sub>は、<math>A_I = \frac{i_{OUT}}{i_{IN}} = \frac{i_C}{i_B} = hfe</math>となる。
*: <br>
* 電圧利得が高い
*: エミッタ接地回路において、出力電圧の振幅はコレクタ負荷抵抗R<sub>C</sub>の電圧降下と等しくなる。
*: そのため、コレクタ抵抗R<sub>C</sub>を大きくすればするほど、出力電圧が大きくなる。
*: ただし、電源電圧V<sub>CC</sub>より大きな振幅は取れない。
*: <br>
* 入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>は逆相
*: トランジスタの入力電圧(ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>)が増加すると、ベース電流I<sub>B</sub>が増加して、コレクタ電流I<sub>C</sub>が増加するため、出力電圧(コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>)が減少する。
*: そのため、入力電圧と出力電圧の位相は180[度]反転する。
*: <br>
* 電力利得が高い
*: 電力利得A<sub>P</sub>は、電圧利得A<sub>V</sub>×電流利得A<sub>I</sub>なので、エミッタ接地回路では大きな電力増幅ができる。
*: 入力インピーダンスは小さいが、この電力利得が大きいため、他の接地方式(コレクタ接地回路とベース接地回路)よりも多く使用される。
*: <br>
* 高周波領域で増幅度が下がる
*: エミッタ接地回路は、ミラー効果により他の接地方式(コレクタ接地回路とベース接地回路)よりも周波数特性が悪いため、高周波領域で増幅度が下がる。
*: ミラー効果については、後半のセクションで記載する。
<br>
===== エミッタ接地回路のバイアス電圧の設計方法 =====
下図に、トランジスタと抵抗で構成されるエミッタ接地回路とバイポーラの静特性であるI<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性とI<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性を示す。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 5.png|フレームなし|中央]]
エミッタ接地回路の設計は以下の順序で行う。<br>
# 負荷線を引く。
# コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の動作点V<sub>CE0</sub>を求める。
# ベース電流i<sub>B</sub>の動作点I<sub>B0</sub>を求める。
# ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>の動作点V<sub>BE0</sub>を求める。
<br>
<u>'''1. 負荷線を引く'''</u><br>
トランジスタのベース端子に印加するバイアス電圧V<sub>BE0</sub>を求めるために、トランジスタのI<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性に負荷線を引く必要がある。<br>
<br>
まず、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が0[V]の時、コレクタ電流I<sub>C</sub>が何[A]になるかを求める。<br>
コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が0[V]の時、コレクタ抵抗R<sub>C</sub>には電源電圧V<sub>CC</sub>が印加されるため、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が0[V]の時におけるコレクタ電流I<sub>C</sub>は、次式となる。<br>
<math>I_C = \frac{V_{CC}}{R_C}</math> … (1)<br>
<br>
次に、コレクタ電流I<sub>C</sub>が0[A]の時、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が何[V]になるのかを求める。<br>
コレクタ電流I<sub>C</sub>が0[A]の時、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>は電源電圧V<sub>CC</sub>と等しくなるため、次式となる。<br>
<math>V_{CE} = V_{CC}</math>…(2)<br>
<br>
この(1)と(2)の2点を結んだ直線が負荷線となる。<br>
A点(<math>0, \frac{V_{CC}}{RC}</math>)とB点(<math>V_{CC}, 0</math>)より負荷線の傾きは、<math>\frac{0 - \frac{V_{CC}}{R_C}}{V_{CC} - 0} = - \frac{1}{R_C}</math>となる。<br>
<br>
切片は<math>\frac{V_{CC}}{R_C}</math>なので、<span style="color:#C00000">'''負荷線の式は以下の式となる'''</span>。<br>
<math>I_C = - \frac{1}{R_C} V_{CE} + \frac{V_{CC}}{R_C}</math><br>
<br>
<u>'''2. コレクタエミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の動作点V<sub>CE0</sub>を求める'''</u><br>
コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の振幅が大きく取れるよう動作点を設定する。<br>
エミッタ接地回路では、コレクタエミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の動作点は電源電圧V<sub>CC</sub>と0Vの真ん中付近V<sub>CE0</sub>に設定する。<br>
<br>
<u>'''3. ベース電流i<sub>B</sub>の動作点I<sub>B0</sub>を求める'''</u><br>
トランジスタのI<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性と負荷線において、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が動作点V<sub>CE0</sub>の時におけるベース電流I<sub>B</sub>が動作点I<sub>B0</sub>となる。<br>
この動作点I<sub>BO</sub>は、バイアス電流と呼ばれている。<br>
<br>
<u>'''4. ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>の動作点V<sub>BE0</sub>を求める'''</u><br>
トランジスタのI<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性において、ベース電流I<sub>B</sub>が動作点I<sub>B0</sub>の時におけるベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>が動作点V<sub>BE0</sub>なる。<br>
ここで、"2.コレクタエミッタ間電圧VCEの動作点VCE0を求める"において、コレクタ-エミッタ間電圧VCEの動作点VCE0を大きくし過ぎる、または、小さくし過ぎると、<br>
コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の波形が歪むため、動作点の設定には注意が必要となる。<br>
<br>
例えば、動作点を大きくし過ぎると(右に寄せ過ぎると)、出力電圧(コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>)が電源電圧V<sub>CC</sub>を超えてしまう。<br>
その結果、出力電圧(コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>)は電源電圧V<sub>CC</sub>を超えることができないので、波形の上側が切れてしまい、波形に歪が生じる。(下図を参照)<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 6.png|フレームなし|中央]]
<br>
<u>※補足</u><br>
<u>負荷線は、負荷直線や負荷抵抗線とも呼ばれる。</u><br>
<br>
===== 実用上のエミッタ接地回路 =====
今までの回路図は原理を示すために用いられる図であり、実際の回路で使用する際には下図右のように使用する。<br>
<br>
抵抗R<sub>1</sub>とR<sub>2</sub>は、電源電圧V<sub>CC</sub>を分圧してベースに入力するためのバイアス抵抗(ブリーダ抵抗とも呼ばれる)である。<br>
これは、ベース端子とグランド間の電圧を安定に保つ働きをする。<br>
入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>に接続されているコンデンサは、直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。<br>
<br>
エミッタ端子とGND間にエミッタ抵抗R<sub>E</sub>を接続する回路もあり、これを電流帰還バイアス回路と呼ぶ。(こちらのページを参照)<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 7.png|フレームなし|中央]]
<br>
また、下図に、NPNトランジスタとPNPトランジスタで作成したエミッタ接地回路を示す。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 8.png|フレームなし|中央]]
<br>
===== エミッタ接地回路の出力インピーダンスがコレクタ抵抗RCの値と同じになる理由 =====
トランジスタのI<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性を用いると、エミッタ接地回路の出力インピーダンスがコレクタ抵抗R<sub>C</sub>と同じになる理由がわかる。<br>
<br>
トランジスタのI<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性とは、あるベース電流I<sub>B</sub>の時におけるコレクタ電流I<sub>C</sub>とコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の特性のことである。<br>
この特性を見ると、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>がある値以上になると、コレクタ電流I<sub>C</sub>がほぼ一定になる。<br>
つまり、コレクタ電流I<sub>C</sub>は、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の影響を受けなくなる。<br>
<br>
コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が変化しているにも関わらず、コレクタ電流I<sub>C</sub>が変化しないということは、コレクタ-エミッタ間の抵抗R<sub>CE</sub>が高抵抗であるということである。<br>
ここで、エミッタ接地回路を出力側から見ると、出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>はコレクタ-エミッタ間の抵抗R<sub>CE</sub>とコレクタ抵抗R<sub>C</sub>の並列接続となる。(電源電圧V<sub>CC</sub>は交流的には接地とみなすため)<br>
<br>
コレクタ抵抗R<sub>C</sub>は一定の値であり、コレクタ-エミッタ間の抵抗R<sub>CE</sub>は高抵抗(理想的には無限大)なので無視すると、出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>はコレクタ抵抗R<sub>C</sub>と等しくなる。<br>
<math>Z_{OUT} = \lim_{R_{CE} \to \infty}\frac{R_C R_{CE}}{R_C + R_{CE}} = \lim_{R_{CE} \to \infty}\frac{R_C}{\frac{R_C}{R_{CE}} + 1} = R_C</math><br>
[[ファイル:Circuit Transistor 9.png|フレームなし|中央]]
<br>
===== エミッタ接地回路のミラー効果 =====
エミッタ接地回路では、電圧利得をA<sub>V</sub>とすると、ベース-コレクタ間の容量C<sub>BC</sub>が<math>(1 + A_V)</math>倍なる。<br>
これは理解し難い内容なので、まず、ミラー効果を簡単に説明する。<br>
<br>
静電容量Cのコンデンサに電荷Qを充電する簡単な回路を下図に示す。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 10.png|フレームなし|中央]]
<br>
* '''上図左の回路'''
*: 片方の電極に電圧Vを印加して、もう片方の電極を接地している回路である。
*: この回路に蓄積される電荷Qは、<math>Q = CV</math>となる。
*: <br>
* '''上図中央の回路'''
*: 片方の電極にVの電圧を印加して、もう片方の電極に負電圧-Vを印加している回路である。
*: この回路に蓄積される電荷Qは、<math>Q = C(V - (-V)) = 2CV</math>となる。
*: 見方を変えると、電圧Vで2Cの容量を充電しているともいえる。
*: つまり、A点から見れば、コンデンサの容量が2倍になってみえるということになる。
*: また、これは静電容量2Cのコンデンサの直列接続において、片方の電極に電圧Vを印加して、もう片方の電極に負電圧-Vを印加しているともいえる。
*: <br>
* '''上図右の回路'''
*: 片方の電極に電圧Vを印加して、もう片方の電極に電圧AVVを印加している回路である。
*: この回路に蓄積される電荷Qは、<math>Q = C(V - (-A_V V)) = C(1 + A_V)V</math>となる。
*: この回路も見方を変えると、電圧Vで<math>C(1 + A_V)</math>の容量を充電しているともいえる。
*: つまり、A点から見れば、容量が<math>(1 + A_V)</math>倍になってみえるということになる。
*: <br>
*: エミッタ接地回路では入力電圧(ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>)に-A<sub>V</sub>を掛けた値が出力電圧(コレクタ-エミッタ間電圧<math>V_{CE} = -A_V V_{BE}</math>)となる。
*: そのため、ベースコレクタ間の容量C<sub>BC</sub>に蓄積される電荷Qは、<math>Q = C_{BC}(V_{BE} - V_{CE}) = C_{BC}(V_{BE} - (-A_V V_{BE})) = C_{BC}(1 + A_V)V_{BE}</math>となり、
*: ベース側から見れば、ベースコレクタ間の容量C<sub>BC</sub>が<math>(1 + A_V)</math>倍なって見える。
*: <br>
*: このミラー効果による容量<math>C_{BC}(1 + A_V)</math>とベース抵抗R<sub>B</sub>がカットオフ周波数<math>f_C = \frac{1}{2 \pi R_B C_B(1 + A_V)}</math>のローパスフィルタ(LPF)を構成するため、
*: 高周波成分の増幅度が下がってしまう。
*: 上式より電圧利得AVが大きければ大きいほど、カットオフ周波数が低くなることが分かる。
<br><br>

== コレクタ接地回路(エミッタフォロワ) ==
===== コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)とは =====
コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)は、トランジスタを使用した基本的な増幅回路の1つである。<br>
入力と出力の共通端子がコレクタであるため、コレクタ接地回路と呼ばれる。入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>に直接接続されていない端子がコレクタなので、これが入出力共通端子となる。<br>
<br>
コレクタ接地回路の回路図と入出力波形を下図に示す。ベース端子が入力、エミッタ端子が出力となる。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 11.jpg|フレームなし|中央]]
<br>
出力電圧VOUTは、<math>V_{OUT} = V_{IN} - V_{BE}</math>となる。(理想的には、<math>V_{OUT} = V_{IN}</math>である)
つまり、出力電圧V<sub>OUT</sub>が入力電圧V<sub>IN</sub>を追従するように動作する回路となっており、その特徴からエミッタフォロワ(エミッタ(出力)がフォロー(入力を追いかける))とも呼ばれる。<br>
また、コレクタ接地回路はコレクタ共通回路(Common Collector)、電圧フォロワ回路(Voltage Follower)とも呼ばれる。<br>
<br>
<u>※補足</u><br>
<u>エミッタ接地回路は、MOSFETにおけるドレイン接地回路(ソースフォロワ回路)のトランジスタ版である。</u><br>
<br>

===== コレクタ接地回路を実際に使用する時の回路 =====
上記セクションの図は、原理を示すために用いられる回路図であり、実際の回路で使用する際は、下図右のように使用する。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 12.jpg|フレームなし|中央]]
<br>
コレクタ端子は電源V<sub>CC</sub>に接続しているが、交流的には接地されている。(そのため、コレクタ接地回路と呼ばれる)<br>
交流等価回路上では、直流電圧源は短絡と見なせるため、コレクタが接地しているというわけである。<br>
<br>
抵抗R<sub>1</sub>とR<sub>2</sub>は電源電圧V<sub>CC</sub>を分圧して、ベースに入力するためのバイアス抵抗である。<br>
入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>に接続されているコンデンサは直流成分をカットするためのカップリングコンデンサである。<br>
<br>
コレクタ接地回路は、下図の回路のように、NPNトランジスタでもPNPトランジスタでも作成することができる。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 13.jpg|フレームなし|中央]]
<br>
===== コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)の特徴 =====
* 入力インピーダンスが高い
*: 入力インピーダンスが高い理由については、説明が長くなるため、後半のセクションに記載している。
*: <br>
* 出力インピーダンスが低い
*: 出力インピーダンスが低い理由については、説明が長くなるため、後半のセクションに記載している。
*: <br>
* 電流利得が高い
*: 電流利得A<sub>I</sub>はエミッタ接地回路と同じになる。直流電流増幅率をh<sub>FE</sub>とすると、電流利得A<sub>I</sub>は、<math>A_I = 1 + h_{FE}</math>となる。
*: <br>
* 電圧利得はほぼ1
*: 厳密には、電圧利得は1より少し小さくなる。
*: <br>
* 電力利得はエミッタ接地回路より小さい
*: エミッタ接地回路では、電圧増幅度が1より大きくなるため、電力利得はエミッタ接地より小さくなる。
*: <br>
* 入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>は同相
*: コレクタ接地回路は入力電圧が上昇すると、エミッタ電流が増加して、抵抗R<sub>E</sub>の電圧降下が大きくなるため、入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>は同相となる。
*: <br>
* 周波数特性はエミッタ接地特性より良い
*: エミッタフォロワの周波数特性は広帯域となる。
*: ベース端子からエミッタ端子を見ると、同位相で同じ振幅で電圧が変化するため、ベース端子からエミッタ端子の寄生容量が存在していても、見かけ上の容量が0であるようにみえる。
*: また、ベース端子とコレクタ端子間の容量C<sub>BC</sub>は、コレクタが交流的に接地されているため、エミッタ接地回路のような容量が何倍にもなって見えるミラー効果が起きない。
*: しがたって、周波数特性はエミッタ接地回路より良くなる。
<br>
===== コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)の使用用途 =====
入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが小さいため、出力インピーダンスの大きい信号源が低インピーダンスの負荷を駆動できるようになる。<br>
したがって、下図のように、低インピーダンスのスピーカーを駆動するオーディオアンプ等の増幅回路の出力段において、コレクタ接地回路はよく使用される。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 14.jpg|フレームなし|中央]]
<br>
エミッタ接地回路は、出力インピーダンスが高いが電圧利得がある。<br>
そのため、エミッタ接地回路で電圧利得を稼ぎ、コレクタ接地回路で出力インピーダンスを低くする2段構成はよく使用される。<br>
<br>
===== コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)の入力インピーダンスが高くなる理由 =====
入力インピーダンスZ<sub>IN</sub>は、ベース電圧がΔV<sub>B</sub>変化した時におけるベース電流の変化ΔI<sub>B</sub>の比であり、次式で表される。<br>
<math>Z_{IN} = \frac{\Delta V_B}{\Delta I_B}</math><br>
<br>
ここで、コレクタ接地回路において、ベース電圧がΔV<sub>B</sub>大きくなった時を考える。<br>
<br>
ベース電圧がΔV<sub>B</sub>大きくなると、ベース電流が変化する。<br>
しかし、ベース電流が変化した瞬間、ベース電流の変化の数100倍(<math>(h_{FE} + 1)I_B</math>)の電流がエミッタに流れるため、エミッタ抵抗の電圧降下が大きくなる。<br>
すなわち、ベース電圧をΔV<sub>B</sub>大きくなる時、エミッタ抵抗の電圧降下がほぼΔV<sub>B</sub>大きくなり、ベース電流が増えないように作用する。<br>
<br>
そのため、ΔV<sub>B</sub>が大きく、ΔI<sub>B</sub>が小さいため、コレクタ接地回路では入力インピーダンスZ<sub>IN</sub>は高くなる。<br>
<br>
===== コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)の出力インピーダンスが低くなる理由 =====
出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>は、エミッタ抵抗の電圧降下がΔV<sub>E</sub>変化した時におけるエミッタ電流の変化ΔI<sub>E</sub>の比であり、次式で表される。<br>
<math>Z_{OUT} = \frac{\Delta V_E}{\Delta I_E}</math><br>
<br>
ここで、コレクタ接地回路において、エミッタ抵抗の電圧降下がΔV<sub>E</sub>大きくなった時を考える。<br>
<br>
エミッタ抵抗の電圧降下がΔV<sub>E</sub>大きくなると、ベース-エミッタ間の電圧V<sub>BE</sub>が下がるため、ベース電流I<sub>B</sub>が小さくなる。<br>
その結果、エミッタ電流I<sub>E</sub>が小さくなり、エミッタ抵抗の電圧降下V<sub>E</sub>が小さくなるように作用する。<br>
すなわち、ΔI<sub>E</sub>に変化によって、ΔV<sub>E</sub>の変化は小さくなるように作用するのである。<br>
<br>
そのため、ΔI<sub>E</sub>が大きく、ΔV<sub>E</sub>が小さいため、コレクタ接地回路では出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>は低くなる。<br>
<br><br>

== ベース接地回路 ==
===== ベース接地回路とは =====
ベース接地回路は、トランジスタを使用した基本的な増幅回路の1つである。<br>
入力と出力の共通端子がベース端子のため、ベース接地回路と呼ばれている。ベース接地回路は、ベース共通回路(Common Base)とも呼ばれる。<br>
<br>
電流利得は低いが、電圧利得が高い回路である。<br>
<br>
エミッタ端子に入力電圧V<sub>IN</sub>を印加することで、コレクタ端子から出力電圧V<sub>OUT</sub>を取り出す回路となっている。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 15.jpg|フレームなし|中央]]
<br>
<u>※補足</u><br>
<u>ベース接地回路は、MOSFETのゲート接地回路のトランジスタ版である。</u><br>
<br>
===== ベース接地回路の動作 =====
ベース電圧よりエミッタ電圧が約0.7[V]低い状態になると、トランジスタが動作する。<br>
<br>
トランジスタが動作することにより、エミッタ電流I<sub>E</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>が流れる。<br>
コレクタ抵抗R<sub>C</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>により、電圧降下が生じる。<br>
出力電圧V<sub>OUT</sub>は、電源電圧V<sub>CC</sub>からコレクタ抵抗R<sub>C</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>の電圧降下を引いた値となり、次式で表される。<br>
<math>V_{OUT} = V_{CC} - R_C I_C</math><br>
<br>
コレクタ抵抗R<sub>C</sub>の両端電圧を出力とする場合は、出力電圧V<sub>OUT</sub>は<math>R_C \times I_C</math>となる。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 16.jpg|フレームなし|中央]]
<br>
===== ベース接地回路を実際に使用する時の回路 =====
上記セクションの図は原理を示すために用いられる回路図であり、実際の回路で使用する際には下図右のように使用する。<br>
[[ファイル:Circuit Transistor 17.jpg|フレームなし|中央]]
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ベース接地回路は、下図のように、NPNトランジスタでもPNPトランジスタでも作成することができる。<br>
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===== ベース接地回路の特徴 =====
* 入力インピーダンスが低い
*: トランジスタのI<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性より、トランジスタの入力電圧V<sub>E</sub>を小さくすると(ベース-エミッタ間の電圧V<sub>BE</sub>を大きくすると)、
*: ベース電流I<sub>B</sub>が非常に大きくなる。
*: エミッタ電流I<sub>E</sub>は、<math>I_E = I_B + I_C = I_B + h_{FE} I_B = I_B(1 + h_{FE})</math>となるため、ベース電流I<sub>B</sub>が大きくなると、入力電流(エミッタ電流I<sub>E</sub>)が非常に大きくなる。
*: 入力インピーダンスZ<sub>IN</sub>は、<math>Z_{IN} = \frac{\mbox {入 力 電 圧 の 変 化}}{\mbox {入 力 電 流 の 変 化}} = \frac{\Delta V_E}{\Delta I_E}</math>となるため、入力インピーダンスZ<sub>IN</sub>は非常に低くなる。
*: <br>
* 出力インピーダンスが高い(コレクタ抵抗R<sub>C</sub>の値と同じになる)
*: ベース接地回路の出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>は、コレクタ抵抗R<sub>C</sub>と同じになる。
*: (エミッタ接地回路においても、出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>はコレクタ抵抗R<sub>C</sub>の値と同じ)
*: 出力インピーダンスZ<sub>OUT</sub>がコレクタ抵抗R<sub>C</sub>と同じなる理由については、ベース接地回路とエミッタ接地回路で考え方は同じである。
*: 詳細を知りたい場合は、"エミッタ接地回路の出力インピーダンスがコレクタ抵抗R<sub>C</sub>と同じになる理由"に記載しているので参照すること。
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* 電流利得は1より少し小さい
*: エミッタ電流I<sub>E</sub>、コレクタ電流I<sub>C</sub>、ベース電流I<sub>B</sub>の関係は次式で表される。
*: <math>I_B = \frac{I_C}{h_{fe}}</math>
*: <math>I_C = h_{fe} I_B</math>
*: <math>I_E = I_B + I_C</math>
*: 上記の3つの式から、<math>I_E = I_B + I_C = \frac{1}{h_{fe}} I_C + I_C = I_C(1 + \frac{1}{h_{fe}})</math>となる。
*: そのため、ベース接地回路の電流利得は次式となる。
*: <math>A_I = \frac{\mbox {出 力 電 流}}{\mbox {入 力 電 流}} = \frac{I_C}{I_E} = \frac{I_C}{I_C(1 + \frac{1}{h_{fe}})} = \frac{h_{fe}}{h_{fe} + 1}</math>
*: 電流増幅率hfeの大きなトランジスタでは1000程度であり、構造上、電流増幅率h<sub>fe</sub>を大きくすることが出来ないパワートランジスタでは数十程度となっている。
*: そのため、ベース接地回路の電流利得は1より少し小さい値になる。
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* 電圧利得が高い
*: ベース接地回路において、出力電圧の振幅はコレクタ抵抗R<sub>C</sub>の電圧降下と等しくなる。
*: そのため、コレクタ抵抗R<sub>C</sub>を大きくすればするほど、出力電圧が大きくなる。ただし、電源電圧V<sub>CC</sub>より大きな振幅は取れない。
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* 電力利得はエミッタ接地回路より小さい
*: 電流利得は1より小さく、電圧利得はエミッタ接地と同等なので、電力利得はエミッタ接地回路より小さくなる。
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* 入力電圧V<sub>IN</sub>と出力電圧V<sub>OUT</sub>は同相
*: 入力電圧(エミッタ電圧)が上昇→ベース電流が減少→エミッタ電流とコレクタ電流が減少→出力電圧(コレクタ電圧)が上昇という動作なので、入力と出力は同位相である。
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* 周波数特性はエミッタ接地特性より良い
*: ベース接地回路では、入力のエミッタと出力のコレクタの間にベースがある。このベースが交流的には接地されているため、入出力が結合せず、ミラー効果が無い。
*: そのため、周波数特性はエミッタ接地よりは良くなる。
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*: なお、エミッタ接地回路は、ベース-コレクタ間の寄生容量によるミラー効果があるため、周波数特性は良くない。
*: ミラー効果とは、入力のベースと出力のコレクタが見かけ上(<math>\mbox {電 圧 利 得} + 1</math>)倍の容量で結合する現象である。
*: 詳細を知りたい場合は、"ミラー効果とミラー容量"を参照すること。
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