１石アンプの動作点等

増幅器の動作点は、どうやって決めるのでしょうか？

今回は、そこを探ります。

例によって、最も基本的な特性から、さぐります。

2SC18158を例に揚げます。

東芝の2SC1815のデータシートを見ますと

Ic-Vc曲線が描かれていますが、範囲が手ごろでないので

シミュレートしてみましょう。

流す電流が、数ミリアンペアの範囲を取り出してみます。

それには、ベース電圧を、もっと下げてみると、よいです。

ここで、

もし、コレクタ-に1Kの抵抗を入れると

その負荷線は、どうなるでしょう？

赤線で引いたものが負荷線です。

Iｃ＝０の時は、Vc=10V（これはVcc=10Vそのもの、電圧降下がないから）

Ic=3mAの時は

負荷1Kに3mAの電流が流れるのですから

コレクタの電圧は降下して

と、なります。

ですから、負荷線は、10V、0mAの点と、7V,3mAの点を結んで

延長すれば、よいのです。

では、コレクタ負荷を5Kにすると、どんな負荷線が引けるでしょうか？

先ほどと同じです。

今度も、0mAの時 Vc=10Vです。

Ic=1.2mAの時

負荷での電圧降下は

ですから

1.2mA,4Vの点と、0mA,10Vを結べば、よいのです。

話をRL=1Kに戻し、動作点を決定しましょう。

Vce=10-Ic ｘ RL

で表された負荷線で、

Vce=0 となるのは

Ic=

ですから、以下のようになります。

Icが０ｍAから１０ｍAまで、

Vc=0Vから１０Vまで変化しますから

最大出力を取り出すには

Ic=5mA、Vc=5V

が、最適です。（A級動作で、歪がないようにすると）

この時、

出力電圧は、動作点を中心に、ピークで振れる訳ですから

このアンプの最大出力は、

と、言うことになります。

実際には

コレクタ電流が小さい領域は、Ic-Vb曲線が詰まっていますから（波形が歪む）

もう少し狭い範囲を、とってやるといいです。

入力が大きくなると、電流、電圧のクリッピングが生じます。

動作点にするVbは、グラフから0.7V位。

限界は、Vb=0.72V位ですから、

（VBE sat ベースエミッタ間飽和電圧は0.02V位。この範囲は避けるが

今の場合、小さいので無視する）

）

入力として、＋0.020V（＋20mV)ピーク以上ものが入ってくると、Ic=10mA以上になりません（クリップする。）

20mVの入力の変化で、Vcは5V変化していますから

電圧増幅率は

負荷が1kの時の最大出力は

に、なります。

次に、

負荷が１ｋとして

エミッタに繋ぐ抵抗値を決めましょう。

これを入れる理由は、電流帰還を使って、動作点が変動しないようにする為です。

今、Ic=5mAを動作点として、決めましたから

エミッタ電圧を１Vと仮定すると（１Vあれば、安定するようです、略）

エミッタに挿入する抵抗Reは

と、計算されます。

ベースの電位は、

これより0.7V高い電圧に設定すると、

Ic=5mA

に、なるはずです。

シミュレートで、Operating Point（動作点） を調べてみましたが

大体、計算通りでした。

Ic-Vcの特性上の負荷線は、エミッタ抵抗を入れた為に

変わってくる事に、ご注意下さい...

負荷線の傾きは

１ｋ

に、変わり、負荷線が違ってきます。

（最適な動作点のIc=

今までの考察では

直流の負荷と、交流の負荷が同じです。

出力を取り出す為に、Cを通して負荷抵抗を繋いだり

エミッタをCで接地すると、

直流負荷と交流負荷が違ってきます。

次回は、これを題材とします。

H15.01.14