振幅特性

質問

トランジスタをもちいた、増幅回路で入力電圧の振幅を高くしていくと、比例して出力電圧の振幅も高くなっていくと思うのですが、し
だいに出力が飽和（入力を増大させても、出力が増大しない）状態になると思います。この理由を教えてください。

回答No.3

mmky · ベストアンサー

＃２です。なっとくしてないのかな。じゃもっと詳しく説明しますね。

交流トランジスター増幅器の電流増幅度は、交流ベース電流ib とするとコレクター交流電流はic＝βib だよね。（交流のときはβの変わりに周波数特性を考慮したHfeの表示ををつかいますよ。）ベース入力信号電圧をei とするとベース電流ibは、ib＝ei/(1+β）re (reはエミッター抵抗ですよ。交流的にエミッタ-接地の場合、これは(=(KT/q)/Ie) 26/Ic(Icはミリアンペア単位)オームになるね。Ie≒Ic Ieはエミッタ-の直流電流だよ。）
だから
ib=ei/(1+β）re=ei/(26/Ic)(1+β）,
ic=βib≒ei/(26/Ic)=ei(Ic/26),（β/(1+β)≒1　ゆえ）
この式をみて解ることは、交流の出力電流の大きさは,入力信号の大きさ
と直流のコレクター電流に比例しているでしょう。
直流のコレクター電流Icは、直流のベース電流をＩｂとすると
Ic=βIb ですね。（交流信号の時は、直流の電流利得がβがここで使われるのですね。）
直流の電流利得βとVce（コレクターエミッター間電圧）のカーブを見ると
解るけど、（No.393964 の質問に生データあるね。参考にしてね。）
Vce が下がると直流の電流利得β　も下がるんだね。
だから、入力信号をあげていくと動的なVceが下がって、βもさがるので
出力信号電圧が飽和してくるんだね。
そこで、＃２の回答になるんだけど、
えらい長い話だね。設計するとすぐわかるんだけどね。
参考になるかな。

回答No.2

mmky

＃１のnubouさんの回答も正しいんだけど、
もう一つ重要なポイントがあります。
どんどん入力電圧の振幅をあげていくとトランジスのコレクター（動的な）電圧が下がってきますね。トランジスターはベースとコレクター間電圧を逆バイアスにしておかないとトランジスター動作をしなくなるからなのです。
ベースとコレクター電圧が同じになると飽和状態といいますが、つまりは
ダイオード動作になってしまうのです。
「トランジスターというのは、ベースに流れ込んだ電流をβ倍に増幅するものです。普通βは、50から500ぐらいまでのものを使っています。
このβが1とかになってしまうのです。」
ということで、コレクター電圧はベースの直流電圧より１ボルトぐらい上を
目安につかいます。
例
電源が12Ｖで、ベース電圧を2Ｖぐらいにしておいて、エッミターに1.3Ｋオームつなぐと、約1mA の電流がコレクターに流れます。
コレクター電圧は約3Ｖが目安だから、電源と負荷抵抗の間の電位は9Ｖだね。9Ｖの真ん中を直流出力に選びます。つまり回路の直流出力は12-4.5＝
7.5Ｖだね。だから負荷抵抗は4.5Ｋオームになるね。こうしておくとＭＡＸ
9Ｖの信号出力が得られます。でも電源までいってしまうので、少し低いところが出力になっているんだね。そうそう、このときの電圧利得は
4.5/1.3=約４倍です。（βとは違うよ。）

ということでいいかな？

回答No.1

nubou

電源電圧を超えることはできません
従って電圧が大きくなるとトランジスタがトランジスタとして働かなくなる領域になるはずです
電源電圧が５ｖならば電圧を５ｖにしても５ｖ以上にはならないでしょう
倍率が５倍ならばでんあつ１ｖですでに飽和しています
実際にはもっと早く飽和するのは分かると思いますが