BJTバイアスで小信号の余地を作る

先にバイアス、次に信号

バイポーラ接合トランジスタはDC動作点周りの小さな変化を増幅できます。NPNの順方向能動領域では$I_C\approx\beta I_B$と選んだ$V_{BE}$近似を使います。βもVBEも正確な定数ではありません。飽和と遮断は別の領域なので、能動領域モデル後に電圧を検査します。

意図的な理想化5 V回路で、ベースを理想1.7 V源で保持し、エミッタからグラウンドへ1 kΩ、コレクタから5 Vへ2 kΩとします。VBE = 0.7 V、β = 100を仮定します。エミッタ電圧1 V、電流1 mAです。コレクタ電流はβ/(β+1)倍、0.990099 mAです。コレクタ電圧3.019802 V、VCEは2.019802 Vです。

動作点近傍を線形化する

室温近似VT = 25.85 mVで、相互コンダクタンス$g_m=I_C/V_T$は38.3017 mS、逆数は約26.1085 Ωです。出力抵抗を無視し、小信号の簡単な見積もりにβを大きいとすると、バイパスなしエミッタ抵抗の利得は$-R_C/(R_E+1/g_m)$、約−1.9491です。

ピーク10 mVのベース信号は、反転した約19.49 mVピークのコレクタ変化を生みます。小信号近似は局所的で、振幅を増やして遮断や飽和に達すると線形モデルは崩れます。エミッタ抵抗は利得を減らしますが、βと接合特性への依存を小さくします。

ベース電源が重要

理想ベース源は約9.90 μAを電圧低下なしで供給できます。実抵抗分圧器を理想と仮定できません。テブナン電圧と抵抗に置き換え、ベース電流を含めてDC点を再び解きます。結合・バイパスコンデンサにも周波数依存効果があります。

バイアス点と信号利得を別々に記録し、各数値の近似を示します。教科書的見積もりは検証済みデバイスモデルや実増幅器設計の保証ではありません。