トランジスタのVbeが0.6vである理由
色々探したのですが,どうもイマイチしっくり来る答えが得られなかったので,質問させてください.
一般的な電流帰還増幅回路において,例えば入力電圧が2.6vでも3.6vでも,
おおよそVbe=0.6になる理由が分かりません.
(参考:http://www.page.sannet.ne.jp/je3nqy/analog/1tramp2.htm)
←Ic
┌───┬── Vcc=10v
│
Rc=100kΩ
│
Ib → C
──── B
↑ E
Vin │
│ Re=20kΩ
─┐ │
┷ ┷
接地(0V) 接地(0V)
例として上記回路にて,
Vin= Voffset(1.6v)+Vampl(+-1mv),
Ic=Is・exp(Vbe/Vt) :指数関数で表せるNPN-バイポーラTr
Is=1pA,Vt=26mV
としておきます.
(参考図書:トランジスタの料理法)
このとき,一般的な増幅度を求める計算では,
先ず,Icに流れる直流電流を 50μA とすると,
直流に対しては Vbe=0.6v なので,VRe=1.0v,Re=VRe/Ic=20kΩ,
と求めてゆくと思いますが,
本来,Ic=50μA流すのであれば,
Ic=Is・exp(Vbe/Vt)を解くと,Vbe=0.46vとなり,0.6vも必要としないと思います.
つまり,
Vbe=0.46v,Re=1.14vとなるのではないでしょうか?
この回路とは別に,単純にR1=10kΩの抵抗と,R2=20kΩの抵抗を直列に繋ぎ,
それを電流源に繋いだ以下のような回路であれば,
┌─────┐
│ │
│ R1=10k
│ │
│ │
Iin=50μA │
│ │
│ R1=20k
│ │
└─────┘
R1,R2を別々に考えて,
VR1=Iin・R1= 0.5v,
VR2=Iin・R2= 1.0v,で求められ,
VR1-to-VR2の端子電圧=VR1+VR2=1.5v
と求めることが出来るはずです.線型素子なわけですし.
なぜ,このような単純な抵抗の場合と,話が食い違うのでしょうか?
トランジスタを「π型等価回路」として見た場合も,
入力be間は単なる抵抗Rπで表すことが出来るはずです.
これは,エミッタ抵抗による負帰還がかかっていることに由来するのでしょうか?
若しくは,ツェナーダイオードによる定電源の様な,ダイオードの特性によるものでしょうか?
幾らトランジスタが非線形といえど,オームの法則による分配則ぐらい成り立つはずだと思ってます.
加えまして,
トランジスタを「π型等価回路」として見た場合,
Vin=Rπ・Ib + Re・Ie = Ib・(Rπ + (1+β)・Re),
Vbe= Ib・Rπ,これより,
Vbe/Vin = Rπ/(Rπ + (1+β)・Re) となり,
(Rπ=β/gm,gm=Ic/Vt)
Vbe=2.5%
gm´=1/Re=97.5%
の割合で,電圧がかかていると言うことが言われていますが..(トランジスタの料理法より)
確かに一応,数式では出ていますが,Reが無いトランジスタ単体での増幅が,
Ic=Is・exp(Vbe/Vt)の式より全て導出できるのに,Reが入ることで,
どうもハッキリとしない「Vbe=0.6v なので,VRe=1.0vで..」
と言った計算をしなければなら無い理由がよく分かりません.
一般的な電流帰還増幅回路において,例えば入力電圧が2.6vでも3.6vでも,おおよそVbe=0.6になる理由がを教えてください.
宜しくお願い致します.
お礼
わかりやすい回答ありがとうございます。 よく理解できました。