令和2年度 電験3種 理論 問18の過去問解説

令和2年度 電験3種 理論 問18

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、$I_B\left[\mathrm{μA}\right]$、$I_C\left[\mathrm{mA}\right]$はそれぞれベースとコレクタの直流電流であり、$i_b\left[\mathrm{μA}\right]$、$i_c\left[\mathrm{mA}\right]$はそれぞれの信号分である。また、$V_{BE}\left[\mathrm{V}\right]$、$V_{CE}\left[\mathrm{V}\right]$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、$v_{be}\left[\mathrm{V}\right]$、$v_{ce}\left[\mathrm{V}\right]$はそれぞれの信号分である。さらに、$v_i\left[\mathrm{V}\right]$、$v_o\left[\mathrm{V}\right]$はそれぞれ信号の入力電圧と出力電圧、$V_{CC}\left[\mathrm{V}\right]$はバイアス電源の直流電圧、$R_1\left[\mathrm{kΩ}\right]$と$R_2\left[\mathrm{kΩ}\right]$は抵抗、$C_1\left[\mathrm{F}\right]$、$C_2\left[\mathrm{F}\right]$はコンデンサである。なお、$R_2=1\mathrm{kΩ}$であり、使用する信号周波数において$C_1$、$C_2$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$V_{CE}=\frac{1}{2}V_{CC}=6\mathrm{V}$に選ぶとき、動作点でのベース電流$I_B$の値$\left[\mathrm{μA}\right]$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

図1

図2

(b)小問(a)の動作点において、図1の回路に交流信号電圧$v_i$を入力すると、最大値$10\mathrm{μA}$の交流信号電流$i_b$と小問(a)の直流電流$I_B$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$v_o$($=v_{ce}$)の最大値$\left[\mathrm{V}\right]$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

解答・解説

正解(a):(3)、(b):(3)

(a)

$$V_{CE}=V_{CC}-R_2I_C$$

$$I_C=\frac{V_{CC}-V_{CE}}{R_2}=\frac{12-V_{CE}}{1\times{10}^3}\left[A\right]=12-V_{CE}\left[mA\right]$$

になります。

これを図2に重ねて描けば以下のとおりになり、交点となる曲線の$I_B$の値は$30\left[\mathrm{μA}\right]$となります。

よって、正解は(3)です。

(b)

下図に示す通り、動作点の近傍において、信号分の$i_b$によってベース電流が最大$10\mathrm{μA}$変動します。

この時の$V_{CE}$の変動分を見れば、最大で$2\left[\mathrm{V}\right]$であることがわかります。

よって、正解は(3)です。

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