初体験！トランジスタ・ アンプの設計と実験
特集 技術一直線！ トランジスタ工房 トラウマ 解消 初体験！ トランジスタ・ アンプの設計と実験 コレクタ電流 I C［mA］ 加藤 大 電流I C の関係 とても重要な式なのでぜひ覚えよう．V BE の 変化に対する I C の変化量＝グラフの傾き＝ g m ． I C ＝ I S e VT Δ＝ VBE ∂I C ∂ gm ＝ ＝ I e VT ∂VBE ∂VBE S ∂VC ∂VBE ＝ IC VT exp VBE とも書く VT 特性式を偏微分するとg m が求まる トランジスタの五つの基本特性 ① ベース−エミッタ間電圧にコレクタ電流は敏感に反 応する アナログ回路設計では，具体的な数値や関係を覚え ることも大切です．ちょっと数式が出てきますが，単 純化して細かいことは気にしないことにします． トランジスタの特性を示す基本は次式です．これだ けは覚えてください． 式（1）は指数関数なので，図 1 に示すように V BE の わずかな違いで， IC が大きく変わります．これは， 「素」 のトランジスタ，すなわち第 1 章で解説した回路ブロ ッ ク VCCS（Voltage Controlled Current Source， 電 圧制御電流源）のR E ＝ 0 Ωのときのg m を表します． ② コレクタ電流を大きくすると増幅パワーが上がる 図 1 のグラフの傾きは，VCCS が電圧を電流に変換 する係数，相互コンダクタンスg m を意味します．g m は， IC を VBE で偏微分して（VBE の変化に対する IC の変化 だけを考えて），以下のように求められます． gm ＝ I C ＝I S e （1） IC ： コ レ ク タ 電 流［A］，IS ： 飽 和 電 流［A］， VBE ：ベース・エミッタ間電圧［V］，VT ：熱電 圧［V］ ，e ：自然対数の底 飽和電流I S は，V BE に逆向きに電圧を加えた時に流 IC VT （2） 例 え ば，I C ＝ 1 mA の と き g m ＝ 38 mS で，V BE を 1 mV 動かすと電流は 38 μA 変化します（図 2）．コレ RC 10k VBE VT IC 1mA VC gm ＝ ΔVBE ＝1mV IC VT ΔIC ＝ΔVBE gm ＝ΔVBE IC VT ΔVBE ＝1mV，IC ＝1mAのとき， 1mA ΔIC ＝1mV× ＝38μA 26mV ΔVC ＝RC ΔIC ＝10kΩ×38μA ＝380mV れるほんの少しの電流のことで，デバイスにより値は 異なります．ポピュラな 2SC1815 では 0.01 pA のオー ダです．熱電圧 V T は，温度（絶対温度）に比例する電 VBE を 1 mV 動かすとVC は 380 mV も動く．エミッタ抵抗を付けないト 圧で，室温 （300 K）では約 26 mV です． ランジスタの能力は非常に高いが，安定に動作させるのが難しい 2014 年 8 月号 3 4 0 0 0.6 ベース-エミッタ間電圧 VBE［V］ 第 1 章では，トランジスタをどう使ったらいいか， どうとらえたらいいかをイメージ中心にお話をしま した．そろそろトランジスタの特性について少し詳 しく見ていきましょう． 前章では無視したトランジスタ自体の特性を具体 的な数字を使って考察してみましょう．すると，ト ランジスタの動作に必要な条件が見えてきます． 1 2 VBE 10 図 1 重要なトランジスタの基本特性① …ベース−エミッタ間電圧V BE とコレクタ Dai Katoh イントロダクション 第2章 恐るるに足らず！電卓片手に2 石 のシンプルな回路でやってみよう 図 2 重要なトランジスタの基本特性②…コレクタ電流I C と電圧 増幅能力g m の関係 57 5 6 7
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