今回は令和6年度下期 理論科目 A問題13を解説します。固定バイアス方式のエミッタ接地増幅回路について、静特性と直流負荷線から動作点のベース電流を読み取り、バイアス抵抗R_Bを求める問題です。
直流負荷線の横軸切片が電源電圧V_CCです。動作点V_CE=3Vが負荷線上のどのI_B曲線に乗るかを読み、固定バイアスの式V_CC=R_B・I_B+V_BEからR_Bを求めます。
令和6年度下期 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「令和6年度下期 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）】 令和6年度下期 A問題13
図1は固定バイアス回路を用いた、R_Bの値が未知のエミッタ接地トランジスタ増幅回路である。図2は、この増幅回路で用いているトランジスタのコレクタ-エミッタ間電圧VCEとコレクタ電流ICとの関係を予め調べ出した静特性である。図2には五つのベース電流IB[μA]のみに対する曲線があり、増幅回路の負荷抵抗RLの負荷線も書き加えてある。増幅回路の動作点を測定したところVCE=3.0Vであった。
増幅回路の動作点を測定したところV_CE=3.0Vであった。抵抗R_Bの値[MΩ]として、最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし、ベース-エミッタ間電圧V_BE=0.7Vとし、C_1、C_2は結合コンデンサ、V_CCは直流電源電圧である。
（1）0.5 （2）0.9 （3）1.5 （4）3.0 （5）6.0 MΩ
ポイント解説：負荷線からVCC＝5Vと動作点IC＝1.2mAを読む
直流負荷線は(0V,3.0mA)と(5.0V,0mA)を結ぶので、横軸切片からVCC＝5.0Vです。VCE＝3.0Vでは負荷線上のIC＝3.0mA×(5.0−3.0)/5.0＝1.2mAです。静特性ではIB＝4μAでIC＝1.0mA、IB＝6μAでIC＝1.5mAなので、(1.2−1.0)/(1.5−1.0)＝0.4よりIB＝4＋0.4×(6−4)＝4.8μAと補間できます。ベースの直流ループからRB＝(VCC−VBE)/IB＝(5.0−0.7)V/4.8μA＝0.896MΩ、最も近い0.9MΩの選択肢（2）が正解です。
解説：静特性を補間してベース電流IB＝4.8μAを求める
\(I_C=0\) のときの \(V_{CE}\)
\(I_C=V_{CC}/R_L=3\ \mathrm{mA}\)
\(V_{CE}=3.0\ \mathrm{V}\) を代入
4 µA が 1.0 mA、6 µA が 1.5 mA
ここが本問の勝負どころ
\(I_C=1.2\ \mathrm{mA}\) はちょうど曲線の上には乗りません。1.0 mA（4 µA）と 1.5 mA（6 µA）の間を比例配分して 4.8 µA と読みます——グラフ問題では中間の読み取りも想定されています。
問題の解説：VBEを引いてRB＝0.90MΩ、選択肢（2）
| 選択肢 | \(R_B\) | どう計算すると出るか |
| (1) | \(0.5\ \mathrm{M\Omega}\) | \(I_B\) を 8〜10 µA と読み違えた |
| (2) | \(0.9\ \mathrm{M\Omega}\) | ◎ \((5-0.7)/4.8\mathrm{\mu}\) |
| (3) | \(1.5\ \mathrm{M\Omega}\) | \(I_B\) を約 3 µA と読んだ |
| (4) | \(3.0\ \mathrm{M\Omega}\) | 桁の取り違え |
| (5) | \(6.0\ \mathrm{M\Omega}\) | \(I_C\) の 1.2 を \(I_B\) と取り違えなど |
0.7 V を引き忘れると \(5/4.8\mathrm{\mu}=1.04\ \mathrm{M\Omega}\) になります。(2)0.9 と(3)1.5 のちょうど間で、どちらにも寄れず迷う値——迷ったら \(V_{BE}\) の扱いを疑ってください。
⚠️ よくある間違い
平成29年度A問題13はほぼ同じ形の問題ですが、あちらは「\(V_{BE}\) は無視できる」と明記されています。本問は \(V_{BE}=0.7\ \mathrm{V}\) と数値が与えられている＝引けという指示です。問題文に書かれた条件は必ず使う、が原則です。
深掘り①：直流負荷線をもう一度整理する
コレクタには負荷抵抗 \(R_L\) が直列に入っています。\(I_C\) が流れれば \(R_LI_C\) だけ電圧が落ち、残りがトランジスタにかかる——これが \(V_{CE}=V_{CC}-R_LI_C\) です。
この式は直線なので、両端の2点だけで描けます。\(I_C=0\) のとき \(V_{CE}=V_{CC}\)、\(V_{CE}=0\) のとき \(I_C=V_{CC}/R_L\)。
トランジスタ自身は \(I_B\) ごとの特性曲線に従います。回路が落ち着くのは両方を満たす点＝交点——これが動作点です。
⏱️ 直流負荷線の読み方（4ステップ）
❶ 負荷線の横軸切片を読む＝\(V_{CC}\)。
❷ 負荷線の縦軸切片を読む＝\(V_{CC}/R_L\)。ここから \(R_L\) が出る。
❸ 動作点の \(V_{CE}\) を負荷線の式に代入して \(I_C\) を出す。
❹ その \(I_C\) を通る曲線のラベルが \(I_B\)。
★グラフは「両端」と「交点」の3点しか読まない——読み取り誤差が入る場所を最小にする。
深掘り②：固定バイアスの弱点と改良
固定バイアスは抵抗1本で済む代わりに、温度に弱いのが欠点です。温度が上がると \(h_{FE}\) が増え、\(I_B\) が同じでも \(I_C\) が増えて動作点がずれます。
これを直すのが電流帰還バイアスです。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 | \(I_B\) の決まり方 |
| 固定バイアス | 抵抗1本 | 悪い | \((V_{CC}-V_{BE})/R_B\) で固定 |
| 自己バイアス | 抵抗2本 | 中 | \(R_B\) を \(V_{CE}\) から取る |
| 電流帰還バイアス | 抵抗4本 | 良い | 分圧＋\(R_E\) の負帰還 |
実際の増幅回路はほとんどが電流帰還バイアスです。固定バイアスは「原理を学ぶための最小構成」と考えてください。
深掘り③：\(V_{BE}\) の 0.7 V はどこから来るのか
ベース・エミッタ間はPN接合＝ダイオードそのものです。シリコンのPN接合が導通するときの順方向電圧が約0.6〜0.7 V——だからこの値になります。
ゲルマニウムなら約0.2〜0.3 Vです。「シリコンは0.7 V、ゲルマニウムは0.3 V」は半導体分野でも問われる定番の数字です。
電源電圧が数十Vなら0.7 Vは無視できますが、本問のように \(V_{CC}=5\ \mathrm{V}\) だと 14 % にもなり、無視できません——問題が \(V_{BE}\) を与えるかどうかで判断してください。
💡 覚え方
\(V_{BE}\) が「無視できる」と書いてあれば無視、数値が与えられていれば引く。電源電圧が小さいほど無視できなくなる——本問の 5 V は引く側です。
出題履歴：固定バイアスと負荷線は繰り返し出題
平成29年度A問題13は本問とほぼ同じ形式で、そちらは \(V_{BE}\) を無視する条件でした。同じ図・同じ手順で条件だけ変えるのが、この分野の典型的な出題です。
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
| V_CC | 負荷線の横軸切片＝5V |
| 動作点I_B | V_CE=3Vで約5μA |
| R_B | (5-0.7)/5μ≒0.86MΩ |
| 答え | 0.9MΩ（(2)） |
▼あわせて解きたい関連問題
・エミッタ接地トランジスタの静特性（電子回路3）：【理論】令和7年度上期 A問題13
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