初歩のトランジスタ － ベース抵抗の選び方

質問

ある本（初歩のトランジスタの使い方の解説書）に以下のような回路と説明がありました（固定バイアス回路、エミッタ接地です。コレクタ側の回路は下図では省略しました）。

＋６Ｖ
　　↓
１ＭΩ　ベース抵抗
　　↓
２ＳＣ１８１５
　　↓
エミッタ

説明では「ベース　－　エミッタ間の電圧が０．６Ｖになるように電源とベースの間に抵抗をはさむ」とありましたが、その抵抗値が１Ｍとする根拠がわかりません。初歩的な問題だと思いますがご教示ください。

回答No.7

KEN_2 · ベストアンサー

No.4/No.5 です。
基本的な問題で幾つか補足説明します。
＊この固定バイアスは安定度が悪く、部品バラツキの影響を大きく受けるので応用回路として利用されません。
　特にトランジスタの2SC1815のhfe のバラツキの影響で動作点が変化して、数作ると音が小さかったり割れたりします。
エミッタ抵抗の電流帰還やVce(sat)・Vbe(sat）、入出力インピーダンスの関係を理解すると実用性に乏しい基本バイアス回路で、教育機関では深く説明しない方針です。
　次に進んで実用になるバイアス回路の理論で、より安定度の高い定数決定方法を理解してください。

基本概念
１．信号電圧の範囲は0dBmから+6dBmで、1Vp-pから2Vp-pで処理します。
２．電源電圧の最大範囲で使用しません。よって、信号電圧範囲±2V以上の電源電圧とします。
３．Vcc;+6Vであれば、定格信号電圧±1Vp-pが取り扱う範囲で、0Vから6Vの最大電圧範囲では使いません。
４．抵抗は上限1ＭΩとします。これ以上の抵抗は特殊用途での使用で、通常の低電圧回路での採用は設計ミスの可能性があり、部品も準備されていない傾向です。
（このような低電圧信号処理回路で使用する抵抗値は、通常100Ωから1ＭΩとなります。）
５．コレクタ抵抗；4.7KΩは出力インピーダンス10KΩ以下から1K（600）Ω程度を選択します。
（負荷の『ＶＲ（アンプと接続）』でＶＲ；10Kと推定して同じか1/10程度にして出力の変動を回避します。）

＊他にもいくつか留意点はありますが、固定バイアス回路で議論される価値はありません。

お礼

回答ありがとうございました。お礼が遅くなりすみません。トランジスタの基礎中の基礎の説明ですがまだまだ理解できていない部分が多かったようです。ありがとうございました。

回答No.6

hs001120

>簡単なマイクと増幅器の回路です。もしこれから１ＭΩ（５．４μＡ）の算出の根拠がわかればご教示ください。

算出については、KEN_2さんが既に回答済みの為、もう少し基礎的な部分を補足します。

マイクというからには「目的」は音声信号を増幅すること、
音声信号は+も-もある交流です。これを増幅する時に
入力なし時の出力電圧は0V、入力が+の時は出力0～6Vと変化するが、入力が-の時は0Vより下には下がらない、とか
入力なし時の出力電圧は6V、入力が-の時は出力6～0Vと変化するが、入力が+の時は6Vより上には上がらない、では
都合が悪いのです
これを回避する方法の一つとして、
入力なし時の出力電圧を3V(0～6Vのちょうど中点)とし、
>→１０μＦ電解コンデンサ→ＶＲ（アンプと接続）
のコンデンサの働きにより、-3V～+3Vを出力する方法がありますが、その学習です。

入力なし時の出力電圧を3Vにしたい、コレクタ抵抗は4.7KΩを採用したい。場合
コレクタ抵抗の両端電圧を3Vにしたいという事に他なりませんから、
オームの法則から必要なコレクタ電流が計算出来ます。
必要なコレクタ電流が計算出来れば、必要なベース電流はコレクタ電流/hFE
必要なベース電流が判ればベース抵抗も計算出来ます

当然、コレクタ抵抗が4.7KΩではなく、47KΩだったり、470Ωだったりすれば
「適当」なベース抵抗も、10MΩだったり、100KΩだったりと変わってきます。

では、「コレクタ抵抗が4.7KΩ」というのは何故?という話になるはずですが、そこで重要なのもやはり
>簡単なマイクと増幅器の回路です。
という「目的」です、出力に接続したい"ＶＲ（アンプと接続）"によって必要なものは変わります。

お礼

回答ありがとうございました。お礼が遅くなりすみません。また機会あればよろしくお願いします。

回答No.5

KEN_2

No.4 です。
テレビやオーディオ製品など全ての製品で、入力と出力の端子に仕様が記載されていますよね。
入力にどんな信号を接続して出力にどれだけの電力を供給可能かで、その製品の設計仕様が決定され内部部品や電源容量などが決定されるのです。

トランジスタの増幅回路に必要な仕様を探ってみると、今回の場合は、
>・・・簡単なマイクと増幅器の回路です。　－ＶＲ（アンプと接続）から
マイクはコンデンサマイクで後段に『ＶＲ（アンプと接続）』で増幅度約40dB（100倍）が必要となります。
＊マイクは約-40dBmから-45dBmで出力インピーダンス1KΩから10KΩ程度と推定されます。
＊簡易のマイク増幅器の目的から安定度や直線性は問題にしない。

では今回のトランジスタの定数決定は、
2SC1818のhfe(1)分類は、
O:70～140、Y:120～240、GR:200～400,BL：350～700があります。
Ic＝2mA時で　hfe(1)：　min；70、max；700
Ic＝150mA　　hfe(2)：　min；25、typ；100　です。
＊入手性の良いhfe(1)：Y:120～240を使います。（GR/BLは経時変化や温度変動が発生する）
VRの抵抗値が10KΩと仮定すると、コレクタ抵抗は10KΩ以下でIc<150mA以下の抵抗となる。
コレクタ電圧を3Vを中心に抵抗値を決定するとRc＝4.7Kとし、Ic＝0.64mA から1.1.2mAmax
hfe(1)：150として、Ic＝0.64mA/hfe(1)：150　からIb＝4.3μＡとなります。
Ib＝4.3μＡを流す固定バイアス抵抗は1.25ＭΩとなり1ＭΩを採用する。
＊上記からhfe(1)分類：O:70～140 でも使用可能である。

どうですか？　かなりアバウトな定数決定となりますでしょう。
アナログ回路は奥が深いのでもっと勉強してください。

回答No.4

KEN_2

バイアスの大雑把な説明で、『その抵抗値が１ＭΩとする根拠』は目分量の数値と判断されます。

エミッタ接地でエミッタ抵抗なし、コレクタ抵抗の値なし、この増幅回路の増幅度入出力条件なしですね。
この場合100KΩから１ＭΩ程度の適当な値でよく、Vbeの0.6Vにバイアスするのが目的です。

＊これから先でエミッタ抵抗の目的やコレクタ抵抗の値決定の理論が出現しますので、先に進んで勉強してください。
　回路目的で使用される抵抗値が倍・半分の範囲を採用しても問題ないのが理解されると思います。

お礼

回答ありがとうございます。その「適当な量」も算出の根拠はあるのでしょうか？すみませんがご教示ください。

回答No.3

hs001120

基本的な話なのですが
>（固定バイアス回路、エミッタ接地です。コレクタ側の回路は下図では省略しました）。
はダメです。

別にトランジスタの話に限らないのですが
「何かの目的を達成するために○○する。」という話で
「○○する根拠がわかりません。」と疑問を持つのは良いことだと思いますが、
別のところで質問する時に「目的」部分を割愛するのはダメです。

質問の例で言えば、
「ベースに電流を流すこと、それが目的の全て、
ベースに電流を流した。よかったよかった、これで全ておしまい」
・・・では無いですよね。

基本的には
コレクタ側の回路に△△の電流を流したい
コレクタ側の回路に△△の電流を流すためには、ベース側には△△/hFEの電流を流す必要がある。
ベース側に△△/hFEの電流を流すためには・・・
と計算して、ベース抵抗値は１Ｍでよい。という様に導きます。
そのため、省略して良いと考えた時点で袋小路ですよ。

お礼

うーん、私の根本的な理解が浅かったのでしょうか。電源６Ｖからベースに行く電流とコレクタに行く電流が並列のため、どちらも同じ電圧が印可されるのでベース側だけでいいかな、と考えた次第です。根本的に私の考えが間違っていたのでしょうか？＃１の方への回答で書いたように２ＳＣ１８１５がバイアス０．６Ｖ前後で使うものであることは知っていたので（６－０。６）÷１ＭΩ＝５．４μＡですよね？
では電流が５．４μＡでいい、とする理由はなんでしょうか？
コレクタ側の回路は

＋６Ｖ（ベースと共有）
　　↓
４．７ＫΩ　コレクタ抵抗
　　↓→１０μＦ電解コンデンサ→ＶＲ（アンプと接続）　→ＧＮＤ
２ＳＣ１８１５
　　↓
エミッタ
　　↓
ＧＮＤ

です。
トランジスタと固定バイアスの仕組みを学習するための簡単なマイクと増幅器の回路です。もしこれから１ＭΩ（５．４μＡ）の算出の根拠がわかればご教示ください。

回答No.2

gonbee774

ベース、エミッタ間の電圧が6Vということは、ベース抵抗による電圧降下は6-0.6＝5.4V

よって求めるベース抵抗Rbは

　Rb＝5.4/（ベースに流すバイアス電流）

となります。
おそらくベース6数マイクロアンペア流すとして、上記式より1Mオームが出てくるのではないでしょうか？
http://www.cntl.kyutech.ac.jp/robocar/2003/references/kurolab/datasheet_kurogi/2sc1815.pdf

30年近く前に学校で習いましたが、ちょっとあやふやです（汗）

＃なんか、ベースーエミッタ間は0Vとしても良いような説明だった気も…

ともかく先生はあっという間に電流帰還型バイアスの話になった記憶も…

お礼

仕様は理解できるのですが・・
このどこかにベース抵抗を１Ｍとする部分があるのでしょうか？
回答ありがとうございました。

回答No.1

ww555ww

簡単にご回答を致します。

トランジスタの２ＳＣ１８１５の特性によりその結論が出ます。

トランジスタの規格表というものを見れば良くわかるのですが、トランジスタにも様々な特性があります、それに合わせた抵抗値を加えて求めている電流値に合わせて抵抗値も決まってまいります。

お礼

２ＳＣ１８１５がベース電圧０．６Ｖ前後で使用するものだということは知っています。ただ抵抗値を１Ｍとする根拠がわかりません。