電子回路35【電験3種 理論】ソース接地FET増幅器の静特性と直流負荷線から動作点を読む！平成21年度 A問題13 完全解説

今回は平成21年度 理論科目 A問題13を解説します。ソース接地FET増幅器の静特性（図2）に注目し、ゲート-ソース間電圧V_GS=−0.1Vのときのドレーン-ソース間電圧V_DSとドレーン電流I_Dを、直流負荷線と特性曲線の交点から求める問題です。

出力側の回路方程式 E₂=V_DS+R·I_D が直流負荷線です。V_DS軸との交点はE₂、I_D軸との交点はE₂/R。この負荷線とV_GS=−0.1Vの特性曲線の交点が動作点です。

出題のポイント

平成21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。

電験3種 理論科目 【電子理論（電子回路）】 平成21年度 A問題13

　図1にソース接地のFET増幅器の静特性に注目した回路を示す。この回路のFETのドレーン-ソース間電圧V_DSとドレーン電流I_Dの特性は図2に示す。図1の回路において、ゲート-ソース間電圧V_GS=−0.1[V]のとき、ドレーン-ソース間電圧V_DS[V]、ドレーン電流I_D[mA]の値として最も近いものを組み合わせたものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、直流電源電圧E₂=12[V]、負荷抵抗R=1.2[kΩ]とする。

V_GS=−0.1[V]のとき、V_DS[V]とI_D[mA]の値として最も近い組合せを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、E₂=12[V]、R=1.2[kΩ]とする。

	VDS[V]	ID[mA]
(1)	0.8	5.0
(2)	3.0	5.8
(3)	4.2	6.5
(4)	4.8	6.0
(5)	12	8.4

ポイント解説：負荷線とVGS=−0.1V曲線の交点が動作点

出力側の回路方程式は E₂＝V_DS＋R·I_D、すなわち 12＝V_DS＋1.2·I_D（I_DはmA、RはkΩ）。これが直流負荷線で、V_DS軸との交点はV_DS=12V（I_D=0）、I_D軸との交点はI_D=E₂/R=12/1.2=10mA（V_DS=0）。

図2のV_GS=−0.1Vの特性曲線は飽和領域で I_D≒6mAでほぼ一定。負荷線との交点でI_D＝6mAとすると V_DS＝12−1.2×6＝4.8V。この点（V_DS=4.8V、I_D=6mA）は−0.1V曲線上にあり動作点となる。よって答えは(4)。

問題の解説

STEP1　負荷線を引く

E2=VDS+R・ID→12=VDS+1.2ID。VDS軸交点12V、ID軸交点10mA。

STEP2　特性曲線を読む

VGS=−0.1Vの曲線は飽和領域でID≒6mA。

STEP3　交点（動作点）

ID=6mAのときVDS=12−1.2×6=4.8V→(VDS,ID)=(4.8,6.0)→(4)。

答え：(4)

まとめ

負荷線	12=VDS+1.2ID
VDS軸交点	12V（ID=0）
ID軸交点	10mA（VDS=0）
VGS=−0.1V曲線	ID≒6mA
動作点	VDS=12−1.2×6=4.8V、ID=6.0mA→(4)

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