電子回路18【電験3種 理論】エミッタ接地増幅回路の動作点と出力電圧を負荷線で求める！令和2年度 B問題18 完全解説

今回は令和2年度 理論科目 B問題18（選択問題）を解説します。エミッタ接地トランジスタ増幅回路で、(a)動作点V_CE=6Vのときのベース電流I_B、(b)交流信号を加えたときの出力電圧v_oの最大値を、出力特性（図2）と直流負荷線から求める問題です。

コレクタ側の直流負荷線 I_C＝(V_CC−V_CE)/R₂ を図2に描き、動作点や信号による変化を読み取ります。R₂=1kΩ、V_CC=12Vです。

出題のポイント

令和2年度 理論科目 B問題18：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 【電子理論（電子回路）】 令和2年度 B問題18

　図1に示すエミッタ接地トランジスタ増幅回路について、次の(a)及び(b)の問に答えよ。I_B・I_Cはベースとコレクタの直流電流、i_b・i_cはその信号分、V_CEはコレクタ-エミッタ間の直流電圧、v_ceはその信号分、v_oは出力電圧、V_CC=12Vはバイアス電源、R₂=1kΩは抵抗、C₁・C₂はコンデンサ（使用周波数でインピーダンスは無視できる）。図2はトランジスタの出力特性である。

(a) 動作点V_CE=V_CC/2=6Vに選ぶとき、動作点でのベース電流I_Bの値[μA]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）20　（2）25　（3）30　（4）35　（5）40 μA

(b) この動作点で最大値10μAの交流信号電流i_bが加わったとき、図2の出力特性から求められる出力交流信号電圧v_o（=v_ce）の最大値[V]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）1.0　（2）1.5　（3）2.0　（4）2.5　（5）3.0 V

ポイント解説：直流負荷線IC=(VCC−VCE)/R2と出力特性の交点

(a) コレクタ回路の直流負荷線は I_C＝(V_CC−V_CE)/R₂＝(12−V_CE)/1[mA]。動作点V_CE=6Vのとき I_C＝(12−6)/1＝6mA。図2でV_CE=6V・I_C=6mAを通る曲線はI_B=30μA。よって(a)は(3)。

(b) i_bの最大値10μAが加わると、ベース電流はI_B=30±10＝20〜40μAの範囲で変化。負荷線I_C=12−V_CEとの交点は、I_B=40μA（I_C=8mA）で V_CE=4V、I_B=20μA（I_C=4mA）で V_CE=8V。よってV_CEは6±2Vで変化し、出力v_o=v_ceの最大値は2V。よって(b)は(3)。

問題の解説

STEP1　直流負荷線

IC=(VCC−VCE)/R2=(12−VCE)/1。VCE=6VでIC=6mA。

STEP2　動作点のIB

図2でVCE=6V・IC=6mAの曲線→IB=30μA。(a)=(3)。

STEP3　信号による振れ

IB=20〜40μA→負荷線との交点でVCE=8V〜4V=6±2V→vo最大2V。(b)=(3)。

答え：(a)-(3)，(b)-(3)

まとめ

直流負荷線	IC=(12−VCE)/1
(a)動作点	VCE=6V,IC=6mA→IB=30μA→(3)
(b)IB範囲	30±10=20〜40μA
VCEの振れ	4V〜8V=6±2V
(b)vo最大	2V→(3)

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