トランジスタのエミッタホロワ（電圧利得１）が理解できません。

質問

こんばんは。
趣味で、電子工作を始めました。
未だ初心者です。
トランジスタについての質問です。
トランジスタのエミッタホロワ
というものが、どうしても
理解できません。
特に、なぜ、電圧利得が１なのか、
分かりません。
普通に考えて、
コレクタ、エミッタ間に流れる電流は、
大きくなっているはずです。
とすれば、
コレクタに抵抗を置こうが、エミッタに
抵抗を置こうが、電圧は、I*Rで、
コレクタホロワでもエミッタホロワ
でも等しく、ベース電圧より、
大きくなっている
はずだと思います。

今までは、強引に、
エミッタホロワの回路で、
エミッタに電圧が大きくかかれば、
ベース電圧が下がり、コレクタ電流を
下げる方向に働くので、
結果的に、電圧利得が１になる、
と考えていましたが、
正しいのでしょうか。

とにかく、ここで、
止まってしまいます。
何か分かる人がいましたら、
よろしくお願いします。

回答No.1

tance · ベストアンサー

コレクタ電流（エミッタ電流）が増えればエミッタ電圧が上がり、
相対的にベース～エミッタ電圧が下がるので、コレクタ電流が減る
方向に向かうので、結局ベース～エミッタ電圧が大きくも小さくも
ならない一定値を保つ、という解釈で良いと思います。

なお、フォロワという言葉は「ついていく」という意味ですので、
コレクタフォロワとは言いません。（同相でゲインが１なら言います）

負荷抵抗がコレクタにある場合とエミッタにある場合での大きな違いは
入力であるベース電圧がどこを基準に加わるかの違いです。
コレクタ電圧の変化は入力の変化と関係無いのに対し、エミッタ電圧の
変化は入力にモロに影響します。

初心者には少々理解しにくいかもしれませんが、別な見方もあります。
エミッタフォロワは100%負帰還回路を構成しているという見方です。

お礼

回答ありがとうございます。
よかったのですね。
最初の理解で。
本当に助かりました。
負帰還についても、
増幅回路ですこし見ていたので、
似ているのかな、とも
思っていたところです。
本当にありがとうございました。
（それでも、市販の本の
ほとんどで、エミッタフォロワ
が電圧利得１とあるだけで、
理由がほとんど説明されて
いないのは、問題ありですね）。

回答No.2

candle2007

バイポーラトランジスタにおいては、ベースーエミッタ間電圧は基本的に0.7Vです。
（トランジスタによって、また動作電流によって、0.65～0.75Vくらいの差はありますが、同一トランジスタならそれほど大きく変ることはありません）

今仮に、コレクタ電圧 12V, ベースバイアス電圧6.7Vで、エミッターGND間に100Ωの抵抗が入っているとします。
そうすると、エミッタ電圧・電流は、
　エミッタ電圧　=(6.7-0.7)V=6V
　エミッタ電流　=6V/100Ω=60mA
となり、エミッタは電源電圧とGNDとの中点電位に保たれます。（注１）

ここで、4Vrmsの交流信号がベースに入ってきたと仮定します。
(トランジスタ側の入力インピ－ダンスより、ドライブ側の出力インピーダンスの方が十分低いことが条件)

そうすると尖頭値は、
　=4Vx1.41=5.6V　上昇しますから、
　ベース電圧尖頭値=6.7+5.6=12.3V
よってエミッタ電圧は、　
　12.3-0.7=11.6V　となります。
　（電源電圧いっぱいに上がっていることに注目・・・すなわちトランジスタのコレクターエミッタ間電圧は僅か0.4Vしかない・・・この状況を「トランジスタが飽和した」という）　

次の半サクルで、今度はベース電圧は、
　6.7-5.6=1.1V まで下がります。
よってエミッタ電圧・電流は、
　エミッタ電圧　=(1.1-0.7)V=0.4V
　エミッタ電流　=0.4V/100Ω=4mA
これは「トランジスタが（殆ど）遮断」した状態です。

説明がちょっと脱線しましたが、この入力振幅最大・最小の間において、「ベースーエミッタ間電圧は不変(0.7V)」であることに注目してください。
すなわち、「エミッタ電圧はベース電圧に追随して変化する=利得１」なわけです。

注１　この説明にはちょっと論理の飛躍があります。
　それは電流増幅率：hFEの役割を省略している点です。
　実際には、60mAの電流を流す為には、「もしベース電流が0.5μAの供給能力しかなければ、
　hFEは120以上なければならない」ということになります。
　ただ、これはベースバイアスを設計するときの問題であり、コレクターエミッタ間電圧の設計（電圧配分）には、[0.7V差]を持ってくるほうが手っ取り早いので、こういう説明にさせていただきました。