電子回路12【電験3種理論】電流帰還バイアス増幅回路のベース電圧とコレクタ電圧を求める！令和4年度下期 B問題18 完全解説

2026年7月15日2026年8月9日

電験3種理論科目電子理論（電子回路）令和4年度下期 B問題18 電流帰還バイアス回路！ベースとコレクタは何V？

今回は令和4年度下期理論科目 B問題18を解説します。電流帰還バイアス増幅回路に微小な交流電圧を加えたとき、(a)ベース電圧v_B(t)の直流分・交流分、(b)コレクタ電圧v_C(t)を求める問題です。

(a)はベース電流を無視して分圧でV_Bを求め、コンデンサを通る交流はそのまま重畳します。(b)はV_E=V_B-V_BEからエミッタ電流を出し、V_C=V_CC-R_C・I_Cを計算。交流はR_Cで反転（θ_C=π）します。

令和4年度下期理論科目 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種理論科目電子回路令和4年度下期 B問題18 問題文 — 令和4年度下期理論科目 B問題18 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「令和4年度下期第三種電気主任技術者試験」理論科目 B問題18

電験3種理論科目【電子理論（電子回路）】令和4年度下期 B問題18

　図1の回路は、電流帰還バイアス回路に結合容量を介して、微小な振幅の交流電圧を加えている。この入力電圧の振幅がA_i=100mV、角周波数がω=10000rad/sで、時刻t[s]に対してv_i(t)[mV]がv_i(t)=A_isinωtと表されるとき、次の(a)及び(b)の問に答えよ。

（a）ベース電流i_B(t)が抵抗を流れる電流より十分小さいとき、ベース端子には2kΩと14kΩの電圧比で決まる直流電圧V_B=(ア)Vが加わる。エミッタ電位を0Vとし、コンデンサのインピーダンスが2kΩより十分小さいと考えると、交流電圧v_B(t)の振幅A_B=(イ)mVと初期位相θ_B=(ウ)radが求められ、v_B(t)=V_B+A_Bsin(ωt+θ_B)と表せる。(ア)〜(ウ)の組合せとして最も近いものを次の(1)〜(5)から一つ選べ。

(ア) (イ) (ウ)
(1) 0.8 71 0
(2) 0.8 100 π/4
(3) 1.5 71 π/4
(4) 1.5 100 0
(5) 1.5 71 0

（b）図1の回路の電圧v_C(t)を求め、定数V_C、A_C、θ_Cを用いてv_C(t)=V_C+A_Csin(ωt+θ_C)と表す。V_C、A_C、θ_Cに最も近い値の組合せを次の(1)〜(5)から一つ選べ。ただし、ベース-エミッタ間電圧は常に0.7Vと近似してよい。

V_C[V] A_C[V] θ_C[rad]
(1) 5 0.6 0
(2) 5 6 0
(3) 5 6 π
(4) 7 0.6 π
(5) 7 6 π

	(ア)	(イ)	(ウ)
(1)	0.8	71	0
(2)	0.8	100	π/4
(3)	1.5	71	π/4
(4)	1.5	100	0
(5)	1.5	71	0

	V_C[V]	A_C[V]	θ_C[rad]
(1)	5	0.6	0
(2)	5	6	0
(3)	5	6	π
(4)	7	0.6	π
(5)	7	6	π

図1　電流帰還バイアス増幅回路（14kΩ・2kΩ分圧、R_C=5kΩ、R_E=0.8kΩ、V_CC=12V）（問題図）

ポイント解説：(a)ベースの直流値・交流振幅・位相を分ける

GPT Image 2で作成したベース電圧の直流分圧と交流成分の解説 — ベース電圧は直流1.5Vに振幅100mV、位相0の交流が重なります。

直流では14kΩと2kΩの分圧からベース電圧は1.5Vです。交流では結合コンデンサを短絡とみなし、振幅100mV、位相0radとなるため(a)は選択肢(4)です。VBE=0.7Vからエミッタ電流は1mA、コレクタ電位は12V-5V=7Vです。交流増幅度は5kΩ/0.8kΩ=6.25、出力振幅は約0.6Vで逆相πradとなり、(b)も選択肢(4)です。

解説(b)：直流動作点からコレクタ電位7Vを求める

GPT Image 2で作成した直流動作点からコレクタ電位7Vを求める解説 — エミッタ電流1mA、コレクタ抵抗の降下5Vよりコレクタ電位は7Vです。

$$V_B=12\times\frac{2}{14+2}=\frac{24}{16}=1.5\ \mathrm{V}$$

❶ (ア) 直流の分圧
ベース電流は無視できると明記

$$A_B=A_i=100\ \mathrm{mV}$$

❷ (イ) 交流の振幅
コンデンサは短絡＝そのまま通る

$$\theta_B=0\ \mathrm{rad}$$

❸ (ウ) 初期位相
短絡なら位相はずれない

答え(a) $V_B=1.5\ \mathrm{V}$、$A_B=100\ \mathrm{mV}$、$\theta_B=0$　→　選択肢(4)

「インピーダンスが十分小さい」と書いてあれば、その素子は交流的に無いものと扱ってよい——電子回路の問題では毎回出てくる決まり文句です。素直に短絡してください。

解説(b)：直流でコレクタ電位、交流で振幅と位相

直流：コレクタ電位 $V_C$

$$V_E=V_B-V_{BE}=1.5-0.7=0.8\ \mathrm{V}$$

❶ エミッタ電位
$V_{BE}\fallingdotseq0.7\ \mathrm{V}$

$$I_E=\frac{0.8}{0.8\times10^{3}}=1\ \mathrm{mA}$$

❷ エミッタ電流
きれいに 1 mA

$$V_C=12-5\times10^{3}\times1\times10^{-3}=7\ \mathrm{V}$$

❸ コレクタ電位
$I_C\fallingdotseq I_E$

交流：振幅 $A_C$ と位相 $\theta_C$

$$A_v=\frac{R_C}{R_E}=\frac{5}{0.8}=6.25$$

❹ 電圧増幅度
$R_E$ はバイパスされていない

$$A_C=100\times10^{-3}\times6.25=0.625\fallingdotseq0.6\ \mathrm{V}$$

❺ 出力振幅

$$\theta_C=\pi\ \mathrm{rad}$$

❻ 位相
エミッタ接地は逆相（180°）

答え(b) $V_C=7\ \mathrm{V}$、$A_C=0.6\ \mathrm{V}$、$\theta_C=\pi$　→　選択肢(4)

もし $R_E$ がバイパスされていれば、増幅度は $R_C/r_e\fallingdotseq5000/26\fallingdotseq190\ $倍——出力振幅が 19 V となり電源電圧 12 V を超えてしまいます。物理的にありえないので、その読み方は誤りだと分かります。

問題の解説：交流増幅度と逆相を求め選択肢を照合

GPT Image 2で作成した交流増幅度と逆相および選択肢照合の解説 — 出力振幅は約0.6V、位相はπradで、正解は(a)(4)、(b)(4)です。

(b)の選択肢	$V_C$	$A_C$	$\theta_C$	判定
(1)	5 V	0.6 V	0	$V_C$ を $R_CI_C$ と取り違え＋位相が同相
(2)	5 V	6 V	0	3つとも誤り
(3)	5 V	6 V	$\pi$	$V_C$ と $A_C$ が誤り
(4)	7 V	0.6 V	$\pi$	◎ 正解
(5)	7 V	6 V	$\pi$	$A_C$ が10倍（$R_E$ を無視した形）

$V_C=5\ \mathrm{V}$ は「$R_C$ での電圧降下 $R_CI_C=5\ \mathrm{V}$」をそのまま答えた形です。問われているのはコレクタの電位＝電源から降下分を引いた残り——$12-5=7\ \mathrm{V}$ です。

⚠️ よくある間違い
エミッタ接地は必ず逆相（$\theta_C=\pi$）です。ベース電圧が上がる→コレクタ電流が増える→$R_C$ の降下が増える→コレクタ電位が下がる——この因果を1回追っておけば、位相で迷いません。

深掘り①：直流等価回路と交流等価回路の切り替え

増幅回路の問題は「まず直流でバイアスを決め、次に交流で増幅度を出す」という2段構えです。同じ回路図なのに、見え方がまるで変わります。

素子	直流での扱い	交流での扱い
結合コンデンサ	開放（直流を遮断）	短絡
バイパスコンデンサ	開放	並列の抵抗を短絡する
直流電源	電源として存在	接地（短絡）
抵抗	そのまま	そのまま

本問の回路には結合コンデンサはありますが、$R_E$ に並列のバイパスコンデンサがありません。だから $R_E$ は交流でも生き残り、増幅度を $R_C/R_E$ に抑えます。

これは意図的な設計です。増幅度は下がりますが、$h_{fe}$ のばらつきや温度変化に左右されない安定した増幅度が得られます——交流負帰還の効果です。

深掘り②：なぜ $A_v=R_C/R_E$ になるのか

$$i_e\fallingdotseq i_c$$

❶ 電流はほぼ等しい
$i_b$ は $1/h_{fe}$ しかない

$$v_i\fallingdotseq R_Ei_e$$

❷ 入力電圧
$v_{be}$ は $R_Ei_e$ に比べて小さい

$$v_o=-R_Ci_c$$

❸ 出力電圧
マイナスは逆相

$$\left|\frac{v_o}{v_i}\right|=\frac{R_Ci_c}{R_Ei_e}\fallingdotseq\frac{R_C}{R_E}$$

❹ 増幅度
電流が約分される

増幅度が「抵抗の比」だけで決まる——トランジスタの特性がまったく式に出てこないのがポイントです。これが負帰還の最大の利点です。

$h_{fe}$ が100でも300でも増幅度は 6.25 倍のまま。部品のばらつきに強い回路が作れます。

深掘り③：交流波形が直流に「乗る」イメージ

$v_C(t)=V_C+A_C\sin(\omega t+\theta_C)$ という書き方は、「直流の 7 V を中心に、振幅 0.6 V で揺れている」という意味です。

つまりコレクタ電位は 6.4 V〜7.6 V の間を往復します。飽和（0 V付近）にも遮断（12 V）にも届かないので、波形はきれいな正弦波のままです。

入力を10倍にすると振幅は 6 V になり、1 V〜13 V を目指します——13 V は電源電圧を超えるので頭が潰れます。これが「入力が大きすぎるとひずむ」の正体です。

💡 覚え方
直流＝動作点（どこを中心に揺れるか）、交流＝振幅（どれだけ揺れるか）。この2つを別々に計算して最後に足す——増幅回路の問題はすべてこの形です。

⏱️ 本番での進め方
❶ (ア)は直流の分圧：$12\times2/16=1.5\ \mathrm{V}$。
❷ (イ)(ウ)は「コンデンサは短絡」——そのまま通るので 100 mV・0 rad。
❸ (b)の直流：$V_E\to I_E\to V_C=V_{CC}-R_CI_C$。
❹ (b)の交流：$A_v=R_C/R_E$、位相は必ず $\pi$。
★出力振幅が電源電圧を超えたら計算ミス——物理で検算できる。