1. No category

電子回路Ⅰ
第8回
電子回路Ⅰ 9
1
講義内容
1. 半導体素子（ダイオードとトランジスタ）
2. 基本回路
3. 増幅回路
小信号増幅回路(1)
・CR結合増幅回路
電子回路Ⅰ 9
2
増幅の原理
増幅度（利得）
信号源
増幅回路
負荷
電源
電子回路Ⅰ 9
3
増幅度と利得
ii
io
vi
増幅度 Av =
利得
増幅回路
vo
RL
vo
i
P
vi
,Ai = o ,Ap = o = o o
vi
ii
Pi
vi ii
Gv = 20 log
vo
i
P
,Gi = 20 log o ,G p = 10 log o
vi
ii
Pi
電子回路Ⅰ 9
4
大信号動作と小信号動作
IDS
IDS
VGS
VGS
動作点（OP）
動作範囲
動作範囲
VDS
非線形動作
VDS
動作点のまわりの領域
非線形 → 線形近似
電子回路Ⅰ 9
5
大信号等価回路と小信号動作回路
大信号
非線形動作
小信号
動作点のまわりの領域
非線形 → 線形近似
小信号パラメータ
直流成分 ＋ 微小変化分
電子回路Ⅰ 9
6
トランジスタによる増幅回路
バイポーラトランジスタ回路
エミッタ接地回路
ベース接地回路
コレクタ接地回路
MOSトランジスタ回路
ソース接地回路
ゲート接地回路
ドレイン接地回路
電子回路Ⅰ 9
7
エミッタ接地回路とソース接地回路
RL
RL
vo
C
B
vi
VBB
vo
D
VCC
G
E
VDD
S
vi
VB
電子回路Ⅰ 9
8
ベース接地回路とゲート接地回路
RL
RL
vo
C
B
vo
D
G
E
vi
S
vi
電子回路Ⅰ 9
9
コレクタ接地回路とドレイン接地回路
C
B
vi
VBB
RL
D
VCC
G
E
vi
vo
RL
VDD
S
vo
VB
電子回路Ⅰ 9
10
動作原理（エミッタ接地回路）
IC
RL
IB
I C + ic
RL
VO
I B + ib
C
B
VCC
E
VBB
B
vi
VO + vo
C
VCC
E
VBB
直流回路
直流＋微小交流電圧
電子回路Ⅰ 9
11
負荷曲線と動作点
IC
VCC
RL
負荷線
傾き:−
1
RL
動作点（OP）
0
I BP
VCC
電子回路Ⅰ 9
VCE
12
動作点の決定
IB
指数関数
⎛
IB = AJ s ⎜⎜ e
qV BE
kT
⎝
⎞
− 1⎟⎟
⎠
VCC
RL
IC
負荷線
傾き:−
動作点（OP）
IB
0
1
RL
VBB
VBE
0
VCC
電子回路Ⅰ 9
IB
VCE
13
動作原理（ソース接地回路）
I D + id
ID
RL
RL
VO
D
G
D
VDD
S
VB
VO + vo
G
vi
VDD
S
VB
直流回路
直流＋微小交流電圧
電子回路Ⅰ 9
14
負荷曲線と動作点
I DS
VDD
RL
負荷線
傾き:−
1
RL
動作点（OP）
VGS ↑
I DBP
VGS > 0
0
VDD
電子回路Ⅰ 9
VDS
15
動作点の決定
I DS
I DS
2乗曲線
I DS =
1
W
µ nCox (VGS − VTHN )2
2
L
VDD
RL
負荷線
傾き:−
1
RL
動作点（OP）
ID
VGS ↑
I DBP
VTH
0
VGS
0
VDS
VDD
VB
電子回路Ⅰ 9
16
エミッタ接地増幅回路のバイアス
IC
RC
IB
C
B
VCC
E
VBB
電子回路Ⅰ 9
17
エミッタ接地回路のバイアス回路例（1）
RC
C
C
B
RB
RB
IB
RC
C
C
VCC
E
B
VCC
E
IB
VBB
固定バイアス
2電源方式
電子回路Ⅰ 9
18
エミッタ接地回路のバイアス回路例（2）
RC
RB
C
RB
IB
C
C
B
IB
RC
VCC
C
B
E
RA
自己バイアス
RE
VCC
E
CE
電流帰還バイアス
電子回路Ⅰ 9
19
固定バイアス回路の解析
RB
IB
RC
IB =
IC
VCC − VBE
RB
VCC
VBE
I C = hFE I B = hFE
電子回路Ⅰ 9
VCC − VBE
RB
20
自己バイアス回路の解析
VCE − VBE
IB =
RB
RC
RB
IB
IC
VCE
VBE
VCC
IE
VCC − RC I E − VBE
=
RB
VCC − RC I C − VBE
≈
RB
I E ≈ IC
I C ↑⇒ I B ↓⇒ I C ↓
負帰還
（電圧帰還バイアス）
電子回路Ⅰ 9
21
電流帰還バイアス回路の解析
I A + IB
VCC = RB (I A + I B ) + RA I A
I A >>10× I B
RB
IB
VB
RA
VCC
VE
VBE
IA
RE
VCC ≈ RB I A + RA I A = I A (RA + RB )
IC
RC
CE
VCC
IA =
RA + RB
RA
VB = RA I A ≈
VCC
RA + RB
VBE = VB − VE = VB − RE I E
I C ↑⇒ I E ↑⇒ I B ↓⇒ I C ↓
負帰還
（電流帰還バイアス）
電子回路Ⅰ 9
22
バイアス回路の安定度の比較
固定バイアス回路
温度変化に対する安定度がわるい
自己バイアス回路
安定度がよい
利得が減少
電流帰還バイアス回路
安定度がよい
一般によく使われる
※ いずれも入力インピーダンスの低下に注意が必要
電子回路Ⅰ 9
23
FETのバイアス
JFETのバイアス
デプレション型FET
固定バイアス回路
自己バイアス回路
MOSFETのバイアス
電子回路Ⅰ 9
24
JFETのバイアス回路
デプレション型FET
ノーマリオン （Normally ON）
ID
ID
I DSS
RD
C
動作点（OP）
I DP
G
VGS
VP
VGG
D
RG
VDD
S
VGS
0
VGG
固定バイアス
電子回路Ⅰ 9
25
JFETのバイアス回路
ID
VGS = −VS = RS I D
RD
C
D
G
RG
VDD
S
RS = −
VGS
RS
ID
VGS
I DP
自己バイアス
電子回路Ⅰ 9
26
JFETのバイアス回路
R1
VGS = VG − VS =
ID
RD
R2
VDD − RS I D
R1 + R2
D
G
R2
VDD
S
VGS
RS
ID
電子回路Ⅰ 9
27
MOSFETのバイアス回路
エンハンスメント型FET
ノーマリオフ （Normally OFF）
VGS
ID
R2
=
VDD
R1 + R2
2乗曲線
I DS =
1
W
µ nCox (VGS − VTHN )2
2
L
R1
C
D
動作点（OP）
G
I DSP
VTH
0
VGS
R2
ID
RD
VDD
S
VGS
VGSP
電子回路Ⅰ 9
28
MOSFETのバイアス回路
R1
ID
RD
R1
D
G
R2
VGS =
D
VDD
R2
R2
VDD
R1 + R2
VDD
G
S
VGS
ID
RD
VGS
RS
VGS = VG − VS =
電子回路Ⅰ 9
S
CE
R2
VDD − RS I D
R1 + R2
29
トランジスタによる増幅回路
バイポーラトランジスタ回路
エミッタ接地回路
ベース接地回路
コレクタ接地回路
MOSトランジスタ回路
ソース接地回路
ゲート接地回路
ドレイン接地回路
通常、
トランジスタ1個（1石）の増幅回路では
十分な利得を得ることが困難
多段増幅
電子回路Ⅰ 9
30
多段増幅回路
vi
増幅回路
v1
増幅回路
v2
増幅回路
v3
RL
相互に影響を及ぼしあう 相互に影響を及ぼしあう
電子回路Ⅰ 9
31
エミッタ接地増幅回路の多段接続
Av 2
Av1
RB1
RC1
RB2
RC2
Vo1
Vi1
RA1
Vo2
VCC
RE1
CE1
Vi2
RA2
VCC
RE2
CE2
Av _ total = Av1 × Av 2
電子回路Ⅰ 9
32
エミッタ接地増幅回路の多段接続
RB1
RC1
RB2
RC2
Vo1
Vi1
RA1
Vo2
Vi2
RE1
第一段
CE1
VCC
RA2
RE2
CE2
第二段
電子回路Ⅰ 9
33
CR結合増幅回路
RB
RC
C2
vo
C1
vi
VCC
RA
Ri
RE
電子回路Ⅰ 9
CE
34
CR結合増幅回路（直流回路）
RB
RC
C2
vo
C1
vi
VCC
RA
Ri
RE
電子回路Ⅰ 9
CE
35
CR結合増幅回路（直流等価回路）
I A + IB
RB
RC
IC
VC
IB
VB
RA
VE
VCC
VBE
IA
RE
電子回路Ⅰ 9
36
CR結合増幅回路（交流回路）
RB
RC
vo
vi
RA
Ri
RE
電子回路Ⅰ 9
37
CR結合増幅回路（交流等価回路）
vo
vi
RA
RB
RC
電子回路Ⅰ 9
Ri
RL
38
hパラメータによる小信号等価回路
ii
io
vi
vo
増幅回路
RL
hre ≅ 0
1 / hoe >> RL
ii
vi
hie
hre vo
ii
io
h feii
1 / hoe
vo
vi
電子回路Ⅰ 9
io
hie
vo
h feii
39
エミッタ接地回路
増幅度（利得）
I C + io
入力インピーダンス
I B + ii
B
vi
ii
vi
C
vo
RL
E
io
hie
hre vo
出力インピーダンス
h feii
電子回路Ⅰ 9
1 / hoe
vo
40
エミッタ接地回路の小信号等価回路
入力インピーダンス
ii
vi
出力インピーダンス
io
hie
hre vo
h feii
hre ≅ 0
ii
vi
vo
1 / hoe
RL
1 / hoe >> RL
io
hie
h feii
電子回路Ⅰ 9
1 / hoe
vo
RL
41
エミッタ接地回路の電圧増幅度
増幅度
ii
vi
io
hie
h feii
1 / hoe
vo
RL
1 / hoe >> RL
vo RLio RL h feii h fe
Av =
=
=
=
RL
vi
vi
hieii
hie
電子回路Ⅰ 9
42
CR結合増幅回路の増幅度
vo
vi
RA
RB
RC
Ri
RL
h fe
h fe ⎛ RC Ri ⎞
⎜⎜
⎟⎟
Av =
RL =
hie
hie ⎝ RC + Ri ⎠
電子回路Ⅰ 9
43
CR結合増幅回路の周波数特性
Av
0
fCL
fCH
電子回路Ⅰ 9
f
44