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第10回 トランジスタの動作点

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センサ道場第10回の登場です。
ますます分りやすく、簡単な説明であなたをセンサの世界へお誘いします。
今回はトランジスタの動作点についてさらに学んでいきましょう!

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 トランジスタの動作点

前回のセンサ道場第9回「トランジスタの実際の回路」では実際の回路中でトランジスタはどのように使われるか、回路図を用いて学びました。
しかし実際の回路では、抵抗の値やかける電圧はどのように決められるのでしょうか。
今回はトランジスタの動作点について学んでいきましょう。

 

左図の回路のトランジスタよりも右側の赤く囲まれた箇所に注目して下さい。

コレクタ-エミッタ間にかかる電圧をVCEと表すことにします。

RCにかかる電圧をVRC、REにかかる電圧をVREとすると、

 VC = VRC + VCE + VRE

となります。

ここで、この回路を流れる電流をICとすると、

  VRC = IC * RC

  VRE = IC * RE

となることはオームの法則から分ります。

 

回路1

 

それでは、この電流ICの値が0になったらトランジスタのコレクタ-エミッタ間にかかる電圧VCEはどうなるでしょう?

VRC、VREがそれぞれ0になってしまうので、トランジスタのコレクタ-エミッタ間に電池電圧全てがかかり、

 VCE = VC

となるはずです。

 

次に、今度はVCEにかかる電圧が0になったときのことを考えてみましょう。すると、

 VC = VRC + VRE

となるため、コレクタ電流ICは、電池の電圧VCと抵抗RE,RCのみよって決まり

 IC = VC/(RC + RE)

となることが分かります。

 

つまり、この回路においては下のグラフでの「RとRの言い分」という直線のグラフ上でトランジスタ動作点が決まるということが分ります。

しかし、実際はトランジスタは電圧と電流が比例しない非線形素子でしたね。(→第2回「非線形素子の扱い方」参照

とすると、トランジスタはオームの法則に従わないということになります。

ここで、トランジスタの動作点を決めるには、抵抗RC、REの言い分とトランジスタの言い分、それぞれを聞いてやらなくてはなりません。

つまり、第2回「非線形素子の扱い方」と同様に、下図のQ点のように、トランジスタの言い分と抵抗の言い分のどちらも満たす点において、このトランジスタ回路は作動することになります。

 

実際には、まずQ点を先に決定し、所望するIが流れるようににRBの値を決めてやることになります。

また、第9回「トランジスタの実際の回路」で学んだように、トランジスタ回路で使う電池を1つにするため、Rは実際はRB1とRB2の2つの抵抗に分けられているのでしたね。

つまり、トランジスタの動作点の設計をする際は

 Q → I → RB(つまりRB1とRB2

の順番で値を決めていくことになります。

 

どうでしたか? 分りましたか?
次第にややこしくなってきたようです。
次回もまだまだトランジスタについての講義が続きます。

 

 「センサ道場」はこれからもどんどん続きます!ご期待ください!!

 

 

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