概要
エミッタ接地のトランジスタ増幅回路の問題です。
トランジスタ増幅回路について、回路の見方やグラフの読み方を理解をしていれば、計算が不要で即座に解けるような問題です。
キーワード
エミッタ接地、トランジスタ増幅回路
問題
図１に示すエミッタ接地トランジスタ増幅回路について、次の（ａ）及び（ｂ）の問に答えよ。
ただし、\(I_B[μA]\)、\(I_C[mA]\)はそれぞれベースとコレクタの直流電流であり、\(i_b[μA]\)、\(i_c[mA]\)はそれぞれの信号分である。
また、\(V_{BE}[V]\)、\(V_{CE}[V]\)はそれぞれベース－エミッタ間とコレクタ－エミッタ間の直流電圧であり、\(v_{be}[V]\)、\(v_{ce}[V]\)はそれぞれの信号分である。
さらに、\(v_i[V]\)、\(v_o[V]\)はそれぞれ信号の入力電圧と出力電圧、\(V_{CC}[V]\)はバイアス電源の直流電圧、\(R_1[kΩ]\)と\(R_2[kΩ]\)は抵抗、\(C_1[F]\)、\(C_2[F]\)はコンデンサである。
なお、\(R_2=1kΩ\)であり、使用する信号周波数において\(C_1\)、\(C_2\)のインピーダンスは無視できるほど十分小さいものとする。
（ａ）図２はトランジスタの出力特性である。
トランジスタの動作点を\(V_{CE}=\frac{1}{2}V_{CC}=6V\)に選ぶとき、動作点でのベース電流\(I_B\)の値[μA]として、最も近いものを次の（１）～（５）のうちから一つ選べ。
（１）20 （２）25 （３）30 （４）35 （５）40
（ｂ）小問(a)の動作点において、図１の回路に交流信号電圧\(v_i\)を入力すると、最大値\(10μA\)の交流信号電流\(i_b\)と小問(a)の直流電流\(I_B\)の和がベース（Ｂ）に流れた。
このとき、図２の出力特性を使って求められる出力交流信号電圧\(v_o（＝v_{ce}）\)の最大値[V]として、最も近いものを次の（１）～（５）のうちから一つ選べ。
ただし、動作点付近においてトランジスタの出力特性は直線で近似でき、信号波形はひずまないものとする。
（１）1.0 （２）1.5 （３）2.0 （４）2.5 （５）3.0
答え
（ａ）（３）
（ｂ）（３）
解説テキスト リンク
回答解説
(a)の解答の流れ
(1) コレクタの直流電流\(I_C[mA]\)の式を求める
(2) ベース電流をグラフから求める
(1) コレクタの直流電流\(I_C[mA]\)の式を求める
コレクタの直流電流\(I_C\)は
\(V_{CC}=I_CR_2+V_{CE}\)
⇔\(\displaystyle I_C=\frac{V_{CC}-V_{CE}}{R_2}\)
回路図から、\(V_{CC}=12V\)、\(R_2=1kΩ\)なので、
\(\displaystyle I_C=\frac{12-V_{CE}}{1000}=12-V_{CE}[mA]\) …①
(2) ベース電流をグラフから求める
コレクタ電流の①式を、図２のトランジスタの出力特性に当てはめると、左図のようになります。
問題文の条件から、\(V_{CE}=6V\)として\(I_B\)との交点を確認すると、\(I_B=30μA\)のグラフと交わることがわかります。
以上より、（３）30が答えです。
(b)の解答の流れ
(1) ベース電流の変化分をグラフに反映させる
(1) ベース電流の変化分をグラフに反映させる
最大値\(10μA\)の交流信号電流\(i_b\)が流れることにより、ベースに流れる電流は、
\(I_B±i_b=30±10=20～40μA\)
流れます。
（ａ）問題で引いたコレクタ電流の直線との交点を求めると、\(V_{CE}\)は6Vを中心に、4V～8Vで変動します。
したがって、\(V_{CE}=6±2V\)であることがわかるので、出力交流信号の最大値は、\(v_o=2V\)です。
以上より、（３）2.0が答えです。
出典元
一般財団法人電気技術者試験センター （https://www.shiken.or.jp/index.html）
令和２年度 第三種電気主任技術者試験 理論科目B問題問１８
参考書
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