令和2年(2020年) 電験三種 理論 問18
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問18
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 = 1 k \Omega $であり，使用する信号周波数において$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}=\dfrac{1}{2} V_{CC} =6 V $に選ぶとき，動作点でのベース電流$ 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 $を入力すると，最大値$ 10 \mu A $の交流信号電流$ 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}$）の最大値［Ⅴ］として，最も近いものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。
ただし，動作点付近においてトランジスタの出力特性は直線で近似でき，信号波形はひずまないものとする。
（1）1.0 （2）1.5 （3）2.0 （4）2.5 （5）3.0
答え (a)：(3)、(b)：(3)
(a)動作点を図２から求めると、$R_2 = 1 k \Omega $、$V_{CC}=12V $より、$I_C=12mA $から、$V_{CC}=12 V$に向けて直線を図のように引きます。$6 V $を動作点として選ぶので、このときの$I_B=30 \mu A $となります。
(b)交流信号電圧$v_i $を入力すると，最大値$10 \mu A $の交流信号電流$i_b $と小問（a）の直流電流$I_B $の和がベース（B）に流れた。このため、$i_b=\pm 10 \mu A $の交流正弦波の信号が流れたと考えられる。$V_{CE}+v_{ce}=6 \pm 2 V$となる。ここで、$v_o $は、バイアス分(直流分)を取り除いた交流成分が出力される。このため、$v_o $の最大値は$2.0 V $となる。
