入力が小信号の時のトランジスタモデルについて |
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エミッタ電流とベース電圧の関係(small-signal modeling) |
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この関係はEbers-Mollの関係式 Ie=Ies*[exp(qV/kT)-1]で表されることがわかりました。
今、ベースの入力シグナルが小さい時、ベース電圧(バイアス電圧+シグナル電圧)によるエミッタ電流の変化は、バイアス点の周囲でテーラー展開した時の、1次(線形linear)までをとれば、よい事になります。 ですから、上の式は、まず近似して Ie=Ies*exp(qV/kT)
とし、ここでテーラー展開すると(注 Vb=Vbias,Vs=Vsignalと略します) Ie=Ies*[exp(qVb/kT) + 1/1!
*(q/kT)*exp(qVb/kT)*Vs +1/2!*(q/kT)^2*exp(qVb/kT)*Vs^2+..... と展開されますから、常数の第1項、線形の第2項のみをとれば Ie=Ies*exp(qVb/kT)
+Ies*(q/kT)*exp(qVb/kT) *Vs だけが残ります。ここで、 常数 Ies*exp(qVb/kT) =
Io とおくと、 上式は Ie = Io + Io*(q/kT) *
Vs となり、 gm = Io*(q/kT) とおくと (small-signal
transconductance といいます) Ie = Io + gm * Vs という関係になります。 Ioを上式のように決めたのですから、Ioの値はベースのバイアス電圧 Vbが与えられた時に流れる、エミッタのバイアス電流です。 gmも上式で定義されたのですから、gmの値はエミッタのバイアス電流によって決まる値です。 ですから、シグナルだけに注目すると、シグナルによるエミッタ電流の変化をIsとおくと Is = gm *Vs の関係があります。 これで、入力のシグナル電圧と、エミッタ電流の変化分の関係が解りました。 |
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電流でみてみると... |
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コレクタ電流Icとベース電流Ibの関係は Ic = β* Ib の関係があります。 この関係は線形(linear)です。正比例関係にありますね。 それから、エミッタ電流Ieと、コレクタ電流Ic、ベース電流Ibの間には、次の関係があります。 Ie = Ic + Ib |
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ベース電流Ibとベース電圧Vbの関係は |
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Ie = Ic + Ib =β*Ib + Ib =( 1+β)*Ib シグナルだけに注目します。(シグナルのベース電圧Vs、ベース電流Ibです) Is= gm *Vs を代入すると Ie = gm *Vs ですから gm*Vs =(1+β)*Ib の関係があります。 そんで 変形すると 入力インピーダンスRinは Rin = Vs/Ib = (1+β)/gm =
(1+β)*re と求まります。re= 1/gmでエミッタ抵抗(emitter
resistance)といいます。 (Ftは電流のゲインが1になる周波数) gmの値がエミッタのバイアス電流で決まる値でしたから reもエミッタのバイアス電流で決まる値です。 で、扱う周波数が、TrのFtに比べ、十分低い時 等価回路は次のようになります。 |
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