質問: トランジスタの電流帰還バイアス回路の増幅度 以降に出てくる増幅回路は、小信号電圧増幅で低周波を扱い、エミッタ接地回路のa級増幅です。 バイポーラトランジスタで固定バイアス増幅回路を作成し、入力と出力を実測したら増幅度は約184でした。回路は以下の感じです。 +-----*------------vcc | | r1 rl | | | *------------vout | | + | c vin----c--*-----b npnトランジスタ 10μf | e | | | | o-------*-----*------------o (hfe×rl)/hieの式で理論値が求まるので、hパラメータのグラフから補正値を読み、hfeとhieにその補正値を掛けて計算したところ増幅度は約180でした。約2%の誤差でした。 今度は、固定バイアス増幅回路で使用したトランジスタを今度は電流帰還バイアス増幅回路で使用し、増幅度を上げるためエミッタ側の抵抗と並列に、スイッチと共に1000μfのアルミ電解コンデンサを付けました。回路は以下の感じです。 +-----*------------vcc | | r1 rl | | | *------------vout | | + | c vin----c--*-----b npnトランジスタ 10μf | e | | sw | *-----o o--* | | |+ r2 re c 1000μf | | | o-------*-----*------------o 入力と出力を実測したら増幅度は約200でした。前述の固定バイアスと同じように理論値を計算したところ、増幅度は約260でした。かなりの誤差でした。 抵抗rlの10%誤差、hパラメータのグラフの読み取り誤差を考慮して再計算しましたが、実測増幅度の200には程遠い値しか出ません(250とか...)。 なぜ固定バイアス増幅回路で使用したトランジスタを電流帰還バイアス増幅回路に使用するとこれほどまでに誤差が大きくなるのでしょうか。 回路上で他に見落としがあるのでしょうか。それとも、もともと電流帰還増幅回路はこういうものなのでしょうか。 現在トランジスタの勉強を始めて日も浅く、質問も情報不足や要領を得ないかもしれませんが、どなたかご指導願います。長い質問で申し訳ありませんでした。
回答: hfe,hieなどのパラメータは,データシートのグラフに掲載されている値通りではなく,倍半分ほどのバラツキがあることが通常です。固定バイアスの際の増幅度誤差2%が,できすぎた値と思った方が宜しいかと思います。 また,電圧増幅度200倍程度と大きな場合は,hoeも考慮する必要があります。(理屈としてはhreも考慮すべきですが,たぶん無視できるでしょう) 小信号電流増幅率hfeと,直流電流増幅率hfeは密接な相関がありますから,まずは簡単に測定できるhfeを測定してみることをお勧めします。単純化して,hfe=hfeと考え,hieはhfeに比例的に増減するとおいて,増幅度を再計算してみてください。 また,hfe次第で,コレクタ電流icの値も変化します。hfe,hieをグラフから読みとる場合のコレクタ電流icは,実動作時の値を使っていますか?icが大きいほどhieは低下しますから,実際の増幅度は大きくなります。 ついでに付け加えておきますが,固定バイアス回路でエミッタのバイパスコンを接続しない場合の電圧増幅度は,-rl/reに近い値となるはずです。もし,この値が大きくずれているとしたら,何か問題があるはずです。(a級動作のつもりが,適正バイアスになっていないetc・・・・) 具体的な素子形名,電源電圧,抵抗値など示して頂ければ,もう少し踏み込んだ回答可能です。 spiceをつかって簡単にシミュレーションしてみましたが,電圧増幅度はの値は200倍程度のようですね。「理論値」の方が誤差が大きいようです。 ここからは想像ですが, (1)直流動作電流(ic)を正しく計算した上で,hie,hfeなどを読みとっているでしょうか? (2)hie,hfeは,動作条件によって大幅に変化するのですが,hie÷hfeの値はほぼ一定値になります。この値を点検することで,計算に使ったhパラメータの値が適切だったかある程度わかります。 (3)「理論値」とは絶対唯一のように思えますが,システムを徹底的に単純化した場合の理想値です。単純化の過程で何かが欠落してしまっていることもあります。 読みとって式に代入した hie,hfe等の値 と 代入した式を教えて頂けないでしょうか。