(バイポーラ)トランジスタ増幅回路の設計

1. バイアス回路

   1. バイアス回路のバリエーション

      	簡易固定バイアス	固定バイアス	簡易自己バイアス	自己バイアス
      電流帰還無し
      電流帰還有り

      
      ほとんどの電子回路の文献には何故か下記の3種類しか記載がありません。
      (1)電流帰還バイアス無しの簡易固定バイアス(通常、単に固定バイアス)
      (2)電流帰還バイアス無しの簡易自己バイアス(通常、単に自己バイアス)
      (3)電流帰還バイアス有りの固定バイアス(通常、単に電流帰還バイアス)
      
      しかし、単純に組合せを考えると、上記の8通りになることは明らかです。
      この8通りに言及している文献は私の知る限り、参考文献(1)のみです。
      本図の回路の呼び名もこの文献によりました。
      なお、本項目以外のJH8CHUのホームページにおいては、通常の世の中の呼び方(?)
      を用いてます。
      もちろん、この中で最も重要なのは電流帰還バイアス有りの固定バイアスです。
      
      
   2. バイアス設定方式
      (1)A級増幅
      (2)B級増幅
      (3)C級増幅
      
      
      
   3. 参考文献
      (1)トランジスタの実用回路入門(2003 第1版第1刷)、富山忠宏著、オーム社
      (2)
      
   
   

2. 電流帰還バイアス回路の設計

   1. 回路
      
      
      
   2. 前提条件
      
      (1)電源電圧:V_CC
      (2)コレクタ電流:I_C
      (3)エミッタ抵抗R_Eの両端の電圧:V_E
      (4)コレクタ抵抗R_Cの両端の電圧:V_C
      (5)トランジスタの直流電流増幅率:h_FE(>>1)
      
   3. バイアス回路の設計手順
      
      (1)R_Eの計算
      
      I_E = I_B + I_C = I_C/h_FE + I_C = (1/h_FE + 1)* I_C
      ここで、前提条件(5)より、h_FE>>1なので
      1/h_FE << 1　　∴1/h_FE + 1 ≒ 1
      ゆえに、I_Eは
      I_E ≒　I_C
      この近似の元でR_Eを計算すると、
      R_E= V_E/I_E ≒ V_E/I_C
      
      (2)R_Cの計算
      
      R_C = V_C/I_C
      
      (3)R₁、R₂の計算
      
      R₂の両端の電圧V_B2は
      V_B2 = V_E+V_BE
      となります。
      V_BEは約0.7[V]と近似してよいので、
      V_B2 = V_E+0.7
      一方、R₁、R₂に流すブリーダー電流はI_Bの約10倍に設定します。
      I_B = I_C/h_FE
      なので、ブリーダ電流は10*I_C/h_FE
      従って、
      R₁ + R₂ = Vcc/(ブリーダ電流)
      = V_CC/(10*I_C/h_FE) = V_CC * h_FE / (10*I_C)
      よって、I_Bはブリーダ電流より小さいため無視すると、
      V_B2はR₁とR₂により分圧されるので、
      R₂/(R₁+R₂) = V_B2/V_CC
      ∴ R₂ = (R₁+R₂) * V_B2/V_CC
      = V_CC*h_FE/(10*I_C) * (V_E+0.7)/V_CC
      = h_FE*(V_E+0.7)/(10*I_C)
      R₁/(R₁+R₂) = (V_CC-V_B2)/V_CC
      ∴ R₁ = (R₁+R₂) * (V_CC-V_B2)/V_CC
      = V_CC*h_FE/(10*I_C) * (V_CC - V_E - 0.7)/V_CC
      = (V_CC - V_E- 0.7)*h_FE/(10*I_C)
      
   
   

3. トランジスタ1石増幅回路の設計

   1. エミッタ接地増幅回路(交流負帰還なし)
   • 回路の解析
   電子回路のトランジスタの エミッタ接地増幅回路(交流負帰還なし)を参照してください。
   
   • 設計事例
   トランジスタのデバイス実験の エミッタ接地増幅回路(交流負帰還なし)などを参照してください。
   
   
   
   2. エミッタ接地増幅回路(交流負帰還あり)
   • 回路の解析
   電子回路のトランジスタの エミッタ接地増幅回路(交流負帰還あり)を参照してください。
   
   • 設計事例
   トランジスタのデバイス実験の エミッタ接地増幅回路(交流負帰還あり)などを参照してください。
   
   
   
   3. コレクタ接地増幅回路
   • 回路の解析
   電子回路のトランジスタの コレクタ接地増幅回路を参照してください。
   
   • 設計事例
   トランジスタのデバイス実験の コレクタ接地増幅回路などを参照してください。
   
   
   
   4. ベース接地増幅回路
   工事中です。
   
   
   

4. 2段直結増幅回路の設計(工事中)

   増幅回路を二段結合する場合、それぞれの増幅回路に、
   エミッタ接地、コレクタ接地、ベース接地の三通りあるので
   全部で九通りの組み合わせがあります。
   
   また、それぞれ2個のトランジスタに対して、
   NPN+NPN、PNP+NPN、NPN+PNP、PNP+PNP
   の4通り組合せが考えられますが、これらは直流バイアスの違いだけとなるため
   交流的には9通りで全てとなります。
   

   初段 増幅回路	二段目 増幅回路	回路図	電圧 増幅度	電流 増幅度	入力 インピーダンス	出力 インピーダンス	特徴
   エミッタ接地	エミッタ接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	RB//hie1 =RB*hie1 　/(RB+hie1)	Rc2	NPN+PNP または PNP+NPN の構成 の方が 直流的に 有利
   	コレクタ接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	RB//hie1 =RB*hie1 　/(RB+hie1)	RE2// 　(hic2+Rc1)/hfe2
   	ベース接地 (カスコード 　　接続)		Av=xxxx	Ai=xxxx	RB//hie1 =RB*hie1 　/(RB+hie1)	Zo=xxxx
   コレクタ接地	エミッタ接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	Zi=xxxx	Rc2
   	コレクタ接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	Zi=xxxx	Zo=xxxx
   	ベース接地 (差動増幅)		Av=xxxx	Ai=xxxx	Zi=xxxx	Zo=xxxx
   ベース接地	エミッタ接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	Zi=xxxx	Zo=xxxx
   	コレクタ接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	Zi=xxxx	Zo=xxxx
   	ベース接地		Av=xxxx	Ai=xxxx	Zi=xxxx	Zo=xxxx

   
   

5. 差動増幅回路の設計

6. 負帰還増幅回路の設計

7. 電力増幅回路の設計

8. 直流増幅回路の設計