令和4年(2022年) 上期 電験三種 理論 問18

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問18は、トランジスタのバイアス回路に関する基本的な問題です。この問題も基本中の基本の問題ですので、解けるようにしておきましょう。

解いてみましょう。

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　図1，図2及び図3は，トランジスタ増幅器のバイアス回路を示す。次の（a）及び（b）の問に答えよ。
　ただし，$V_{cc}$は電源電圧，$V_B$はベース電圧，$I_B$はベース電流，$I_C$はコレクタ電流，$I_E$はエミッタ電流，$R$，$R_B$，$R_C$及び$R_E$は抵抗を示す。

（a）次の①式，②式及び③式は，図1，図2及び図3のいずれかの回路のベース・エミッタ間の電圧$V_{BE}$を示す。
$V_{BE}=V_B-I_E \cdot R_E$            ・・・・・①
$V_{BE}=V_{cc}-I_B  \cdot R$ 　　　　　　　 ・・・・・②
$V_{BE}=V_{cc}-I_B  \cdot R-I_E  \cdot  R_C$　　　　・・・・・③

　上記の式と図の組合せとして，正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

	①式	②式	③式
（３）	図3	図1	図2
（２）	図2	図3	図1
（３）	図3	図1	図2
（４）	図1	図3	図2
（５）	図3	図2	図1

（b）次の文章$a$，$b$及び$c$は，それぞれのバイアス回路における周囲温度の変化と電流$I_C$との関係について述べたものである。
　ただし，$h_{FE}$は直流電流増幅率を表す。

$a$ 温度上昇により$h_{FE}$が増加すると$I_C$が増加し，バイアス安定度が悪いバイアス回路の図は［（ア）］である。

$b$ $h_{FE}$の変化によりICが増加しようとすると，$V_B$はほぼ一定であるから$V_{BE}$が減少するので，$I_C$や$I_E$の増加を妨げるように働く。$I_C$の変化の割合が比較的低く，バイアス安定度が良いものの，電力損失が大きいバイアス回路の図は［（イ）］である。

$c$ $h_{FE}$の変化により$I_C$が増加しようとすると，$R_C$の電圧降下も増加することでコレクタ・エミッタ間の電圧$V_{CE}$が低下する。これにより$R$の電圧が減少して$I_B$が減少するので，$I_C$の増加が抑えられるバイアス回路の図は［（ウ）］である。

　上記の記述中の空白箇所（ア）～（ウ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）
（１）	図1	図2	図3
（２）	図2	図3	図1
（３）	図3	図1	図2
（４）	図1	図3	図2
（５）	図2	図1	図3

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解答 (a)：(3)，(b)：(4)  

(a)

図1の赤枠の部分から
$V_{cc}=I_B  \cdot R+V_{BE}$となるので、
よって、
$V_{BE}=V_{cc}-I_B  \cdot R$ 　　　　　　　 ・・・・・②

図2の赤枠の部分から
$V_{cc}=V_{BE}+I_B  \cdot R +I_E \cdot R_C$
よって、
$V_{BE}=V_{cc}-I_B  \cdot R-I_E  \cdot  R_C$　　　　・・・・・③

図3の赤枠の部分から
$V_B=I_E  \cdot R_E+V_{BE}$
よって、
$V_{BE}=V_B-I_E \cdot R_E$            ・・・・・①
答えは

	①式	②式	③式
（３）	図3	図1	図2

(b)

$a$ 温度上昇により$h_{FE}$が増加すると$I_C$が増加し，バイアス安定度が悪いバイアス回路の図は［（ア）図1］である。
・・・固定バイアス回路

$b$ $h_{FE}$の変化により$I_C$が増加しようとすると，$V_B$はほぼ一定であるから$V_{BE}$が減少するので，$I_C$や$I_E$の増加を妨げるように働く。$I_C$の変化の割合が比較的低く，バイアス安定度が良いものの，電力損失が大きいバイアス回路の図は［（イ）図3 ］である。
・・・電流帰還バイアス回路

$c$ $h_{FE}$の変化により$I_C$が増加しようとすると，$R_C$の電圧降下も増加することでコレクタ・エミッタ間の電圧$V_{CE}$が低下する。これにより$R$の電圧が減少して$I_B$が減少するので，$I_C$の増加が抑えられるバイアス回路の図は［（ウ）図2］である。
・・・自己バイアス回路

	（ア）	（イ）	（ウ）
（４）	図1	図3	図2