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 - 版の履歴

Wiki: /* 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 */

2020-08-13T05:58:34Z

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

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 <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>
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 [[カテゴリ:電子回路]]

Wiki: /* コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)とは */

2020-08-13T03:40:31Z

コレクタ接地回路(エミッタフォロワ)とは

← 古い版		2020年8月13日 (木) 12:40時点における版
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	[[ファイル:Circuit Transistor 11.jpg\|フレームなし\|中央]]		[[ファイル:Circuit Transistor 11.jpg\|フレームなし\|中央]]
	<br>		<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)		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>		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>		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>
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	<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>		<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>
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	===== コレクタ接地回路を実際に使用する時の回路 =====		===== 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>		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>

Wiki: /* エミッタ接地回路のミラー効果 */

2020-08-13T03:38:00Z

エミッタ接地回路のミラー効果

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 *: 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。
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 __FORCETOC__
 [[カテゴリ:電子回路]]

Wiki: /* 概要 */

2020-08-12T01:24:28Z

概要

← 古い版		2020年8月12日 (水) 10:24時点における版
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	== 概要 ==		== 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>		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>		<br><br>

Wiki: /* エミッタ接地回路 */

2020-08-12T01:21:02Z

エミッタ接地回路

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 [[ファイル:Circuit Transistor 6.png|フレームなし|中央]]
 <br>
-<u>※補足<u><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><br>
 __FORCETOC__
 [[カテゴリ:電子回路]]

Wiki: /* エミッタ接地回路のバイアス電圧の設計方法 */

2020-08-11T23:41:01Z

エミッタ接地回路のバイアス電圧の設計方法

← 古い版		2020年8月12日 (水) 08:41時点における版
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	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>		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>		<br>
	切片は<math>\frac{V_{CC}}{R_C}</math>~~なので、負荷線の式は以下の式となる。~~<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>		<math>I_C = - \frac{1}{R_C} V_{CE} + \frac{V_{CC}}{R_C}</math><br>
	<br>		<br>

Wiki: ページの作成:「== 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。

== エミッタ…」

2020-08-11T20:28:42Z

ページの作成:「== 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。 == エミッタ…」

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== 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。 
 

== 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、 
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。 
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。 
各増幅回路の見分け方は以下のようになっている。 
 
* 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。
*: 
* 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。
*: 
* 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。
 
また、各増幅回路の特徴を以下に示す。 
[[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>
 

== 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。 
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。 
 
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。 
 
ベース端子に入力電圧VINを印加することで、コレクタ端子から出力電圧VOUTを取り出す回路となっている。 
[[ファイル:Circuit Transistor 2.png|フレームなし|中央]]
 
※補足 
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。 
 
===== エミッタ接地回路の動作(直流成分のみ) =====
# 入力電圧VINがトランジスタのベース-エミッタ間のVBE(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VCCからコレクタ抵抗RCにコレクタ電流ICが流れる。
# 出力電圧VOUTは、電源電圧VCCからコレクタ抵抗RC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。 なお、コレクタ抵抗RCの両端電圧を出力とする場合は、出力電圧VOUT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]]
 
===== 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IB-VBE特性、IC-VCE特性を示す。 
[[ファイル:Circuit Transistor 4.png|フレームなし|中央]]
 
ベース-エミッタ間にVBE以上の電圧を印加すると、ベース電流が流れる。 
そこで、ベース-エミッタ間に直流電圧VBE0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。 
 
トランジスタのIB-VBE特性より、直流電圧VBE0に交流電圧vBEを加えるとベース電流は動作点IB0を中心にiB変化する。 
トランジスタのとIC-VCE特性より、べース電流がiB変化することで、コレクタ電流は動作点IC0を中心にiC変化する。 
上図のオレンジ色の負荷線より、コレクタ電流がiC変化することで、コレクタ-エミッタ間電圧は動作点VCE0を中心にvCE変化する。 
 
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。 
「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。 
 
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。 
 
===== 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IB-VBE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VBE)を大きくすると、入力電流(ベース電流IB)が大きくなる。
*: 入力インピーダンスZIN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ZINは非常に小さくなる。
*: 
* 出力インピーダンスが高い(コレクタ負荷抵抗RCと同じ)
*: エミッタ接地回路の出力インピーダンスZOUTは、コレクタ抵抗RCと同じになる。
*: 出力インピーダンスZOUTがコレクタ抵抗RC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。
*: 
* 電流利得が高い
*: コレクタ電流iCはベース電流iBに対して、電流増幅率hfeを掛けた値となる。
*: 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hfe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iINはベース電流iBであり、出力電流iOUTはコレクタ電流iCとなる。
*: そのため、電流利得AIは、<math>A_I = \frac{i_{OUT}}{i_{IN}} = \frac{i_C}{i_B} = hfe</math>となる。
*: 
* 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RCの電圧降下と等しくなる。
*: そのため、コレクタ抵抗RC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VCCより大きな振幅は取れない。
*: 
* 入力電圧VINと出力電圧VOUTは逆相
*: トランジスタの入力電圧(ベース-エミッタ間電圧VBE)が増加すると、ベース電流IBが増加して、コレクタ電流ICが増加するため、出力電圧(コレクタ-エミッタ間電圧VCE)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。
*: 
* 電力利得が高い
*: 電力利得APは、電圧利得AV×電流利得AI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。
*: 
* 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。
 
===== 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IB-VBE特性とIC-VCE特性を示す。 
[[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。 
# 負荷線を引く。
# コレクタ-エミッタ間電圧VCEの動作点VCE0を求める。
# ベース電流iBの動作点IB0を求める。
# ベース-エミッタ間電圧VBEの動作点VBE0を求める。
 
'''1. 負荷線を引く''' 
トランジスタのベース端子に印加するバイアス電圧VBE0を求めるために、トランジスタのIC-VCE特性に負荷線を引く必要がある。 
 
まず、コレクタ-エミッタ間電圧VCEが0[V]の時、コレクタ電流ICが何[A]になるかを求める。 
コレクタ-エミッタ間電圧VCEが0[V]の時、コレクタ抵抗RCには電源電圧VCCが印加されるため、コレクタ-エミッタ間電圧VCEが0[V]の時におけるコレクタ電流ICは、次式となる。 
<math>I_C = \frac{V_{CC}}{R_C}</math> … (1) 
 
次に、コレクタ電流ICが0[A]の時、コレクタ-エミッタ間電圧VCEが何[V]になるのかを求める。 
コレクタ電流ICが0[A]の時、コレクタ-エミッタ間電圧VCEは電源電圧VCCと等しくなるため、次式となる。 
<math>V_{CE} = V_{CC}</math>…(2) 
 
この(1)と(2)の2点を結んだ直線が負荷線となる。 
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。 
 
切片は<math>\frac{V_{CC}}{R_C}</math>なので、負荷線の式は以下の式となる。 
<math>I_C = - \frac{1}{R_C} V_{CE} + \frac{V_{CC}}{R_C}</math> 
 
'''2. コレクタエミッタ間電圧VCEの動作点VCE0を求める''' 
コレクタ-エミッタ間電圧VCEの振幅が大きく取れるよう動作点を設定する。 
エミッタ接地回路では、コレクタエミッタ間電圧VCEの動作点は電源電圧VCCと0Vの真ん中付近VCE0に設定する。 
 
'''3. ベース電流iBの動作点IB0を求める''' 
トランジスタのIC-VCE特性と負荷線において、コレクタ-エミッタ間電圧VCEが動作点VCE0の時におけるベース電流IBが動作点IB0となる。 
この動作点IBOは、バイアス電流と呼ばれている。 
 
'''4. ベース-エミッタ間電圧VBEの動作点VBE0を求める''' 
トランジスタのIB-VBE特性において、ベース電流IBが動作点IB0の時におけるベース-エミッタ間電圧VBEが動作点VBE0なる。 
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、 
コレクタ-エミッタ間電圧VCEの波形が歪むため、動作点の設定には注意が必要となる。 
 
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VCE)が電源電圧VCCを超えてしまう。 
その結果、出力電圧(コレクタ-エミッタ間電圧VCE)は電源電圧VCC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) 
[[ファイル:Circuit Transistor 6.png|フレームなし|中央]]
 
※補足 
負荷線は、負荷直線や負荷抵抗線とも呼ばれる。 

 

__FORCETOC__
[[カテゴリ:電子回路]]