電験三種 R2(2020年).理論 問18

[問題]
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。

ただし， [μA] ， [mA] はそれぞれベースとコレクタの直流電流であり， [μA] ， [mA] はそれぞれの信号分である。
また， [V] ， [V] はそれぞれベース―エミッタ間とコレクタ―エミッタ間の直流電圧であり， [V] ， [V] はそれぞれの信号分である。
さらに， [V] ， [V] はそれぞれ信号の入力電圧と出力電圧， [V] はバイアス電源の直流電圧， [kΩ] と [kΩ] は抵抗， [F] ， [F] はコンデンサである。
なお， であり，使用する信号周波数において ， のインピーダンスは無視できるほど十分小さいものとする。

(a)図2はトランジスタの出力特性である。トランジスタの動作点を に選ぶとき，動作点でのベース電流 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




(b)小問(a)の動作点において，図1の回路に交流信号電圧 を入力すると，最大値 10 μA の交流信号電流 と小問(a)の直流電流 の和がベース（B）に流れた。
このとき，図2の出力特性を使って求められる出力交流信号電圧（ = ）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。

ただし，動作点付近においてトランジスタの出力特性は直線で近似でき，信号波形はひずまないものとする。

(1)　 1.0
(2)　 1.5
(3)　 2.0
(4)　 2.5
(5)　 3.0

[解説・回答]
トランジスタの動作点や交流信号の知識を問う問題です。

(a)について解説します。
の値を求める必要がありますが、まずは、図1の図を簡略化した回路図に書き直します。
2つのコンデンサは回路としてつながっていないので考えなくて良いです。



上の回路図から、キルヒホックの第二法則より、以下式が成り立ちます。

上式より、となり、
[mA]となります。

この1次関数式を図2に重ねると以下のグラフとなります。


[V]なので、上式との交点の30[μA]がの値となります。

答え：（３）

次に(b)を解説します。
は交流電流であり、その最大値は10[μA]となりますので、 [μA]の間の値となります。
図2を再度利用すると、以下の通り、は、4~8[V]の間の値となります。


は直流電圧の為6[V]で固定となりますので、 の最大値は2[V]となります。

答え：（３）