トランジスタの交流増幅とバイアスの役割のことです。お願いいたします。

質問

トランジスタの交流増幅とバイアスの役割のことです。お願いいたします。
トランジスタで交流を増幅するときに、ベースから交流を直接入力するとベースエミッタ間のダイオードで整流されてしまいサイン波の片方だけしか出力されないと
思っています。
そこで利用されるのがバイアス電圧だと理解しているのですがこれでよろしいでしょうか。
もちろん、バイアスをかけることによって、トランジスターをONにするという役割があるとは思いますが、
入力される交流が正常な波形で増幅されるためにも利用されているということでしょうか。
例えば、入力の交流が
v=sin(wt)
とします。すいません、オメガが入力できないのでwにしました。
このまま直接入力すると、電圧は+1と-1Vを行ったり来たりするので、NPNトランジスタでは
sin(wt)のプラスの部分しかベースエミッタ間に入力されない。
だけどバイアスとして例えば2Vを加えてやることによって
V=sin(wt)+2
となるので、全て電圧がプラスの状態の脈流になって整流されず
トランジスタに流し込むことができる、そして出力ではカップリングコンデンサで交流に戻して取り出すという理解をしているのですが
これで正でしょうか。
何冊か本を見たのですが、どれも当たり前のようにバイアスをかけるということは書いて有るのですが、その理由とか交流がベースエミッタ間で整流されてしまう等のことが書かれておりません。
どうぞ宜しくお願いいたします。

回答No.1

watch-lot · ベストアンサー

バイアスの考え方はそれであっています。
ただし、用語の使い方が気になります。
「交流を増幅する」というのではなく、「信号を増幅する」と言うようにしてください。
いずれも波であることには変わりないですが、交流というとエネルギーを扱う電力のイメージが強いです。
弱電機器ですのでやはり信号ですね。
信号は正弦波に限らず、矩形波などの単純波形から音声や映像などの複雑な波形までいろいろあります。

＞その理由とか交流がベースエミッタ間で整流されてしまう等のことが書かれておりません。
増幅回路として考えていますので、整流されてしまうというのではなく、信号が歪む（またはピーク値がカットされてしまう）といいます。
増幅回路の設計では信号の振幅（ピークToピーク値）を決めないとバイアスや回路素子の規格なども決められません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
トランジスタというものを初めて習ったときからずっと疑問に思っていたことでした。自分の考えが間違ってなかったようなので安心して先に
進めます。
もう少しお願いできますでしょうか。
バイアス電圧は入力してくる信号の最低電圧を調べて、信号の波の電圧がプラスになるように計算し、
それプラストランジスタがONになる電圧をかけるというような設計にするのでしょうか。
入力信号が
v=sin(wt)
だった場合に、これはピークツーピークが2Vで、プラスマイナス1Vです。
それプラス大体0.6Vがトランジスタをオンにするためのベースエミッタ間に与える電圧だとすると
VBE=1+0.6=1.6V
ぐらいを最低限与えないと入力信号が全て入力されないので、つまり波形のマイナス部分などが切れてしまってひずんでしまうということでしょうか。
実際には、エミッタ抵抗とか入れたりするのでこのような単純なことではないとは思うのですが、固定バイアスなどの場合はこのようなかんじでよいものなのでしょうか。
また、入力信号がひずんで入力されることを前提で、バイアス電圧を決める方法で
A級増幅とか、B級増幅とか、C級増幅というものができるのでしょうか。
例えばA級増幅はひずみがないもののようなので、入力信号が全て切れないように上のように
バイアスをかけるような方式なのでしょうか。
引き続きもう少々おつきあい頂ければありがたいです。

回答No.3

noname#121811

バイアスをかけることでトランジスタを増幅器として動作状態にして、その上で交流信号を増幅する、と考えて頂ければいいです。どんなバイアスをかけるかは当然増幅する信号で変わります。そのために静特性などのグラフがあるのです。

カップリングコンデンサは落とし穴があります。交流に戻すのはその通りですが、もうひとつあって、後ろにもう一段トランジスタ増幅器が続く場合に、前段のバイアス電圧と後段のバイアス電圧を分ける（遮断する）働きがあります。前段と後段で違うバイアス電圧をかけているのにコンデンサ無しで接続したら正しいバイアス電圧をかけられません。

お礼

ありがとうございます。それほどいろいろな本を見たわけではないのですが
バイアスのことを具体的に細かく書いた物をみたことがありません。
数学が専攻でしたので実験の経験が乏しくいろいろと組んでみたいと思います。
カップリングコンデンサは、全段のバイアス分を取り除いて初期値に戻して五段の回路に結果の信号を渡すと理解しています。
このコンデンサが直流成分を取り除くというプロセスは最初に見たときはなるほどと私は感心させられました。コンデンサという部品は単純ですが
いろいろと奥が深そうで興味があります。

回答No.2

watch-lot

＃１です。
追加のご質問についてはこちらが参考になると思います。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A2%97%E5%B9%85%E5%9B%9E%E8%B7%AF
http://okazaki.incoming.jp/danpei2/rf/abcd.htm

なお、細かい話しですが、V=Sin（ωt）とした場合、実効値は１Vですが、ピーク値は1.414Vですので、ピークToピーク値は2.8Vとなります。

お礼

URLのご紹介ありがとうございます。それほど間違ってはいなかったようで
これから先に進めそうです。
実行値の件了解いたしました。そのとおりでした。