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電子回路Ⅰ
第7回
電子回路Ⅰ 8
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
トランジスタバイアス回路
・バイアス回路の働き
・バイアスの安定度
バイアス回路の種類と特徴
・バイアス回路の種類
・安定度の比較
・温度補償回路
FETのバイアス回路
・JFETのバイアス回路
・MOSFETのバイアス回路 電子回路Ⅰ 8
2
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 8
3
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 8
4
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 8
5
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 8
6
トランジスタのバイアス
IC
RL
IB
C
B
VCC
E
IB ?
VBB
電子回路Ⅰ 8
7
バイポーラトランジスタの電流-電圧特性
アーリー効果（ベース幅変調効果）を含む場合
IC
IB ↑
VCE
0
電子回路Ⅰ 8
8
トランジスタのバイアス
IC
VCC
RL
負荷線
傾き:−
1
RL
IB ?
0
VCC
電子回路Ⅰ 8
VCE
9
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 8
VCE
10
バイポーラトランジスタのIB-VBE特性
IB
指数関数
⎛ qVkTF
⎞
I B = AJ s ⎜⎜ e − 1⎟⎟
⎝
⎠
VBE
電子回路Ⅰ 8
11
動作点の決定
IB
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 8
IB
VCE
12
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 8
13
トランジスタのバイアス
ID
RL
D
G
VDD
S
ID ?
VB
電子回路Ⅰ 8
14
MOSFETの電流-電圧特性
I DS
線形領域
飽和領域
VGS ↑
VGS > 0
0
電子回路Ⅰ 8
VDS
15
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 8
VDS
16
MOSFETのIDS-VGS特性
I DS
2乗曲線
I DS =
1
W
µ nCox (VGS − VTHN )2
2
L
（飽和領域において）
VTH
VGS
0
しきい電圧 VTH
電子回路Ⅰ 8
17
動作点の決定
I DS
I DS
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 8
18
半導体素子の温度特性
半導体素子は温度が変化すると特性が変化する
バイポーラトランジスタ
・B-E間電圧 VBE
ΔVBE ≈ −2 mV/°C
・電流増幅率 hFE
ΔhFE
≈ 0.5 %/°C
hFE
MOSFET
ΔVTH ≈ −2.4 mV/°C
・しきい値電圧 VTH
Δµ
・移動度 µ
µ
電子回路Ⅰ 8
≈ −0.6 %/°C
19
半導体素子のばらつき
半導体素子は製造上、パラメータがばらつく
MOSFET
バイポーラトランジスタ
パラメータ
VBE [mV]
hFE [%]
VTH [mV]
µ [%]
絶対誤差
±10
±50 – 100
±100
±10 -30
相対誤差
±0.2 - 1
±3 - 10
±1 - 30
±0.1 - 1
電子回路Ⅰ 8
20
温度特性とばらつきの影響
“温度特性”と“素子ばらつき”はバイアスに影響する
バイポーラトランジスタ
・B-E間電圧 VBE
・電流増幅率 hFE
MOSFET
・しきい値電圧 VTH
・移動度 µ
上記に影響されないバイアス回路が必要
電子回路Ⅰ 8
21
エミッタ接地回路のバイアス回路例
RC
RC
C
C
B
VCC
B
E
RB
VBB
C
IB
VCC
E
VBB
2電源方式
電子回路Ⅰ 8
22
エミッタ接地回路のバイアス回路例（1）
RC
C
IB
RC
C
C
B
RB
RB
VCC
E
C
B
VCC
E
IB
VBB
固定バイアス
2電源方式
電子回路Ⅰ 8
23
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 8
24
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 8
VCC − VBE
RB
25
例題1
VCC = 9 V
I C = 1 mA
hFE = 100
RB
IB
RC
VBE = 0.6 V
IC
VCC
VBE
電子回路Ⅰ 8
26
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 8
27
例題2
VCC = 9 V
I C = 1 mA
RC = 4.5 kΩ
RC
RB
IB
hFE = 100
VCE
VBE
VBE = 0.6 V
IC
VCC
IE
電子回路Ⅰ 8
28
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 8
29
例題3
VCC = 9 V
I A + IB
I E = 1.0 mA
hFE = 100
RB
RC
VE = 1 . 0 V
IC
I A = 20 × I B
VBE = 0.6 V
IB
VCC
RA
VBE
IA
RE
CE
電子回路Ⅰ 8
30
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 8
31
温度補償回路
I A + IB
VCC = RB (I A + I B ) + RA I A + VF
I A >>10× I B
RB
RC
VB
RA
+
VF
-
VCC ≈ RB I A + RA I A = I A (RA + RB ) + VF
IC
VCC
VBE
IA
RE
IE
VCC − VF
IA =
RA + RB
RA
(VCC − VF )
VB = RA I A ≈
RA + RB
VBE = VB − VE
=
RA
(VCC − VF ) − RE I E
RA + RB
T ↑⇒ VF ↑⇒ VBE ↓
電子回路Ⅰ 8
32
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 8
33
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 8
34
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 8
35
例題4
I DP = 3.2 mA
ID
VGSP = −1.6 V
RD
D
G
RG
VDD
S
VGS
RS
ID
電子回路Ⅰ 8
36
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 8
37
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 8
38
MOSFETのバイアス回路
R1
VGS =
ID
RD
R2
VDD
R1 + R2
D
G
R2
VDD
S
VGS
電子回路Ⅰ 8
39
MOSFET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
CE
電子回路Ⅰ 8
40