今回は平成29年度 理論科目 A問題13を解説します。固定バイアス回路のエミッタ接地増幅回路で、直流負荷線（図2）と動作点VCE=4.5Vから、バイアス抵抗RBを求める問題です。
直流負荷線の両端（VCE軸との交点＝VCC、IC軸との交点＝VCC/RL）から電源電圧を読み、動作点のIBを特性曲線から読み取ります。固定バイアスはVCC＝RBIB＋VBEで決まります。
平成29年度 理論科目 A問題13：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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成29年度 第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題13
電験3種 理論科目 【電子理論（電子回路）】 平成29年度 A問題13
図1は固定バイアス回路を用いたエミッタ接地トランジスタ増幅回路である。図2はトランジスタの5つのベース電流IBに対するVCE−IC静特性を示し、この特性と直流負荷線との交点を動作点という。図1の回路の直流負荷線は図2のように与えられる。動作点がVCE=4.5Vのとき、バイアス抵抗RB[MΩ]を求める。ただし、ベース-エミッタ間電圧VBEは直流電源電圧VCCに比べて十分小さく無視できるものとし、RLは負荷抵抗、C1・C2は結合コンデンサである。
動作点がVCE=4.5Vのとき、バイアス抵抗RBの値[MΩ]（VBEはVCCに比べ十分小さく無視）として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（1）0.5 （2）1.0 （3）1.5 （4）3.0 （5）6.0 MΩ
解説①：負荷線の両端から電源電圧と解法の道筋を読む
直流負荷線の横軸切片から電源電圧は9V、縦軸切片から負荷抵抗は3kΩと分かります。指定されたVCE=4.5Vで負荷線を読むとIC=1.5mAとなり、その動作点を通る出力特性曲線からIB=6μAを読み取ります。固定バイアス回路ではVBEを無視できるため、RB=VCC/IB=9V/6μA=1.5MΩとなり、正解は(3)です。
解説②：動作点からコレクタ電流とベース電流を読む
\(I_C=0\) のとき \(V_{CE}=V_{CC}\)
\(V_{CE}=0\) のとき \(I_C=V_{CC}/R_L\)
\(V_{CE}=4.5\ \mathrm{V}\) を負荷線に代入
\(1.5\ \mathrm{mA}\) を通る曲線のラベル
\(V_{BE}\) は無視
\(V_{CE}=4.5\ \mathrm{V}\) は \(V_{CC}=9\ \mathrm{V}\) のちょうど半分です。負荷線の真ん中＝出力振幅を最大に取れる動作点——実際の増幅回路でも狙ってここに置きます。
解説③：バイアス抵抗を計算して選択肢を照合する
| 選択肢 | \(R_B\) | 対応する \(I_B\) | 何を間違えたか |
| (1) | \(0.5\ \mathrm{M\Omega}\) | \(18\ \mathrm{\mu A}\) | 曲線を3本読み違えた |
| (2) | \(1.0\ \mathrm{M\Omega}\) | \(9\ \mathrm{\mu A}\) | \(V_{CE}\) と \(I_C\) を取り違えた |
| (3) | \(1.5\ \mathrm{M\Omega}\) | \(6\ \mathrm{\mu A}\) | ◎ 正解 |
| (4) | \(3.0\ \mathrm{M\Omega}\) | \(3\ \mathrm{\mu A}\) | 曲線を1本ずらして読んだ |
| (5) | \(6.0\ \mathrm{M\Omega}\) | \(1.5\ \mathrm{\mu A}\) | \(I_C=1.5\ \mathrm{mA}\) をそのまま \(I_B\) にした |
(5)は「1.5」という数字に引きずられた形です。\(I_C\) は mA、\(I_B\) は µA——単位が1000倍違うので、数字だけ見て飛びつくと必ず外します。
⚠️ よくある間違い
負荷線の縦軸切片を \(V_{CC}\cdot R_L\) や \(V_{CC}\) と勘違いする誤りが多いです。\(V_{CE}=0\) を式 \(V_{CE}=V_{CC}-R_LI_C\) に入れれば \(I_C=V_{CC}/R_L\)——覚えるのではなく、その場で式に0を代入してください。
深掘り①：直流負荷線とは何を描いた線か
トランジスタのコレクタには、必ず負荷抵抗 \(R_L\) が直列に入っています。この \(R_L\) と電源 \(V_{CC}\) が決める関係が直流負荷線です。
コレクタ電流 \(I_C\) が流れれば \(R_L\) で \(R_LI_C\) だけ電圧が落ちるので、残りがトランジスタにかかります——これが \(V_{CE}=V_{CC}-R_LI_C\) の意味です。
この式は \(I_C\) と \(V_{CE}\) の一次式なので、\(V_{CE}\)-\(I_C\) 平面では直線になります。傾きは \(-1/R_L\)——負荷が重い（\(R_L\) が小さい）ほど急な線です。
一方トランジスタ自身は \(I_B\) ごとの特性曲線に従います。回路が実際に落ち着く点は、両方を同時に満たす点＝負荷線と特性曲線の交点——これが動作点（バイアス点）です。
💡 覚え方
負荷線は「外の回路の都合」、特性曲線は「トランジスタの都合」。両者の折り合いがつく場所が動作点——だから必ず交点になります。
深掘り②：固定バイアスの長所と短所
固定バイアスは、電源からベースへ抵抗 \(R_B\) を1本つなぐだけ——部品が最も少ないバイアス回路です。
\(V_{BE}\) は約0.6 Vでほぼ一定なので、\(V_{CC}=9\ \mathrm{V}\) に対しては十分小さく、無視して \(I_B=V_{CC}/R_B\) と考えられます。つまり \(I_B\) は \(R_B\) だけで決まり、固定される——これが「固定バイアス」の名の由来です。
短所は温度に弱いことです。温度が上がると \(h_{FE}\) が増えるため、\(I_B\) が固定でも \(I_C=h_{FE}I_B\) が増え、動作点が上へずれていきます。
これを防ぐのが電流帰還バイアス（自己バイアス）です。エミッタ抵抗 \(R_E\) を入れると、\(I_C\) が増えたときエミッタ電位が上がって \(V_{BE}\) が減り、\(I_B\) を自動的に絞ります——負帰還そのものです。
| バイアス方式 | 部品数 | 温度安定性 | 特徴 |
| 固定バイアス | 抵抗1本 | 悪い | \(I_B=V_{CC}/R_B\) で単純 |
| 電流帰還バイアス | 抵抗4本 | 良い | \(R_E\) の負帰還で自動補正 |
| 自己バイアス | 抵抗2本 | 中 | \(R_B\) を \(V_{CE}\) から取る |
深掘り③：動作点の位置とひずみの関係
動作点を負荷線の中央に置くのは、上下に同じだけ振れる余裕を作るためです。本問の \(V_{CE}=4.5\ \mathrm{V}\)（\(V_{CC}\) の半分）はまさにその位置です。
動作点が上（\(I_C\) が大きい側）に寄りすぎると、信号の山が飽和領域に入って頭が潰れます。下に寄りすぎると谷が遮断領域に入って底が切れます——どちらも波形ひずみです。
動作点を中央に置く増幅をA級増幅、遮断点付近に置いて半周期だけ増幅するのをB級増幅と呼びます。A級はひずみが小さいが効率が悪く、B級は効率が良いがひずみが出る——この対比は機械科目でも問われます。
⏱️ 本番での進め方
❶ 負荷線の両端を読む：横軸切片＝\(V_{CC}\)、縦軸切片＝\(V_{CC}/R_L\)。
❷ 動作点の \(I_C\) を出す：\(V_{CE}\) を負荷線の式に代入するだけ。
❸ 曲線のラベルから \(I_B\) を読む：ここだけがグラフ読み取り。
❹ \(R_B=V_{CC}/I_B\)。\(V_{BE}\) は無視してよいと問題文にある。
★時間短縮：\(V_{CE}\) が \(V_{CC}\) の半分なら \(I_C\) も縦軸切片の半分——計算せずに読める。
出題履歴：直流負荷線は電子回路の定番
負荷線と動作点は、増幅回路の直流設計そのものです。グラフを読ませる問題は数年おきに出題されます。
この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。
まとめ
| VCC | 負荷線のVCE軸交点=9V |
| 動作点 | VCE=4.5V→IC=1.5mA |
| IB | IC=1.5mAの曲線→6μA |
| RB | VCC/IB=9/6μ=1.5MΩ→(3) |
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