電流帰還バイアスはどうして安定しているんですか？

質問

電流帰還バイアスはhfeを大幅に変化させても、各動作点の電圧電流をたいして変わりません。
これは、コレクタ側の抵抗がコレクタ電流を流すのを阻止して、電位を下げているためなのでしょうか？
では、エミッタ側の抵抗は何のためにあるのでしょうか？
ベース側に直列に抵抗を二つ並べているのも、よく分かりません。

自己バイアスは、コレクタ電流が大きく流れると、コレクタ側の抵抗が働いて、結果、コレクタ側の電位が下がって、ベース側の電位も下がり、ベース電流が減少。連動して、コレクタ電流が減少。という流れだと分かるのですが……。

よろしくお願いします。

回答No.4

High_Score · ベストアンサー

No1です。回答が尻切れになってすみません。
電位の上下を調整するのが抵抗の役目の１つです。エミッタ電位を例にします。エミッタは抵抗Reを介してグランドに接続されてます。エミッタ電位すなわちエミッタ⚫グランド間電圧Veは抵抗Reの両端の電圧です。エミッタ電流をIeとするとオームの法則より
Ve=ReIe
この式をよく見ると、「エミッタ電流が増えるとエミッタ電位が上がる」ここで肝心なのはベース電位すなわちベース⚫グランド間電圧Vbは、先に説明した通り2個の抵抗により一定値に固定されてます。従ってベースエミッタ間電圧Vbeは
Vbe=Vb-Ve
「（エミッタ電流の増加により）エミッタ電位が上がると、ベースエミッタ間電圧が下がる」
抵抗を流れる電流の変動により抵抗両端の電圧が変動することを利用し、電流を安定化させているのです。

疑問点への回答になっているでしょうか？

お礼

お返事が遅れて、本当に申し訳ございません。
親切に教えてくださって、ありがとうございます。
Ve=ReIeからVbe=Vb-Veという流れがすごく分かりやすかったです。
理論的に理解するというのは、まだ慣れていないのか、難しい所があります。
これからも分からない点があれば質問したいと思っておりますので、もしよければ、よろしくお願いします。
せっかくすぐに回答を頂いたのに、お返事が遅れてしまい、そのことは本当にすみませんでした。

回答No.5

xpopo

今日は。

＞「抵抗に電流を流すと、電位が上がるのか、下がるのか？」というところで、悩んでいます。
＞ここは、どう理解すればいいのでしょうか？
＞
＞色々と調べ回っているのですが、どうしても納得できる説明を見つけることができません。

抵抗に電流を流すとまず、抵抗での電圧降下　Vｒ　が発生します。この電圧降下　Vr　は抵抗の抵抗値を　R　抵抗に流れる電流を　Ir　とすれば、オームの法則から電圧降下　Vｒ　は

　Vr　＝　Ir×R　　（１）

で求まる値になります。
　御質問の　電位が上がるのか？　電位が下がるのか？　ですが、これはどこを基準に考えるかによるのです。
例えば、エミッタとGND間に接続された抵抗　Re　に電流　Ie　が流れる場合、GNDを基準に考えます。
すると、エミッタの電位（GNDを基準にして）　Ve　はGNDを0Vとして

　Ve　＝　Ie×Re　　　（2）

で与えられますので、　電流　Ie　が増えれば　Veは大きくなりますので　電位は上がります。
　次にコレクタと電源の間に接続された抵抗　Rc　に電流（コレクタ電流）Ic　が流れる場合を考えます。この場合も抵抗　Rc　に発生する電圧降下の値　Vrc　は同様に

　Vrc　＝　Ic×Rc　　　（3）

で与えられます。ところで抵抗　Rc　は電源　Vcc　に接続されてます（抵抗の反対側が電圧　Vcc　に固定されている）からコレクタの電圧（電位）Vc　は電源電圧　Vcc　から抵抗　Rc　による電圧降下　Vrc　を引き算しなければなりません。即ち

　Vc　＝　Vcc－Vrc　＝　Vcc－Ic×Rc　　　　（4）

という計算が必要になります。式（4）に従って、電流　Ic　が増加すればコレクタ電圧（電位）Vc　は小さくなるのが分かると思います。すなわち、コレクタ電圧（電位）はコレクタ電流　Ic　が増えれば　下がる　ことになるわけです。

お礼

お返事遅れて申し訳ございません。
ありがとうございました。
式で教えて貰えるとわかりやすくて、有難かったです。
Icが増えると、Vcが低くなるという式により、理解はできたのですが、回路内で本当にそういうことが起こっているのか、という想像がまだできません。
まだまだ勉強しなければいけないです。
ありがとうございました。

回答No.3

High_Score

ス側に抵抗が二つ付いているのは、分圧することにより、ベース電流を安定させているのだと分かりました。（だったら、３つでも４つでも抵抗を直列に付けたほうが良いのではないでしょうか？）

ちょっと違います。ベース電位を決めるために分圧は確かにしてますが、目的はベース電流安定ではありません。ベース電流が少々変動してもベース電位の変動が小さくなるようにするためです。ベース電位の安定は帰還の肝です。ポイントは分圧自体ではなく、2個の抵抗にベース電流と比べて大きな電流を流す事です。エクセルをお持ちでしたら、抵抗から電流値が決まりベース電流の変動からベース電位がいくら動くか計算して見てもいいでしょう。

回答No.2

mink6137

図がありませんが、ベース側に抵抗が二つあるのはベース電位を決めている
分圧抵抗では？

エミッタ側に抵抗が有るのが電流帰還バイアスといわれるゆえんです。
hfeが大きくてコレクタ電流が増えると、エミッタ電流もほぼ同じだけ
増えてエミッタ側抵抗の電位が上昇します。
これにより、ベースエミッタ間の電圧Vbeが小さくなりコレクタ電流を下げる
方向に作用します。（負帰還動作）
hfeが小さい場合はこの逆の動作になります。

お礼

mink6137先生、ありがとうございました。

エミッタ抵抗に流れる電流が増えるから、エミッタの電圧（電位）が上がる。その結果、Vbeの電位が下がり、ベース電流が下がり、コレクタ電流が下がる……という流れ、理解できました！　また、ベース側に抵抗が二つ付いているのは、分圧することにより、ベース電流を安定させているのだと分かりました。（だったら、３つでも４つでも抵抗を直列に付けたほうが良いのではないでしょうか？）
だいたい分かったのですが、ただ、ここで自己バイアスのほうについて、理解できないことが出て来てしまいました。

自己バイアスは、コレクタ電流が上がるとコレクタ側の抵抗が働いて、電位が下がり、結果、ベース側の電位も下がり、ベース電流が減って、コレクタ電流が減る……という流れだと理解していました。

電流帰還バイアスでは「エミッタ抵抗に電流がたくさん流れて、電位が上がって」、自己バイアスでは「コレクタ抵抗に電流がたくさん流れて、電位が下がって」となっていませんか？

「抵抗に電流を流すと、電位が上がるのか、下がるのか？」というところで、悩んでいます。
ここは、どう理解すればいいのでしょうか？

色々と調べ回っているのですが、どうしても納得できる説明を見つけることができません。

もし良ければ、教えて頂けないでしょうか？

また、mink6137先生とHigh_Score先生に、同じ文面のお礼を返していまして、申し訳ありません。

回答No.1

High_Score

エミッタ側の抵抗が帰還の主役です。
ベース側の抵抗使用によりベース電位は一定に保たれるとします。トランジスタの温度上昇によりhfeが増加しコレクタエミッタ電流が増えると、エミッタ抵抗を流れる電流が増え、エミッタ電位が上昇します。すると、ベースコレクタ間電圧が減少し、コレクタエミッタ間電流は減少します。

肝心のベース電位を一定に保つのが、ベースに接続された２個の抵抗です。この２個の抵抗を流れる電流をベース電流の１０倍程度にしておくと、hfeの変化等でベース電流が変動しても抵抗を流れる電流値の変動は微々たるものです。ベース電流が少々動いたところで、その10倍流れる抵抗電流の総量はほとんど変わりませんから。従って、抵抗を流れる電流の変動は抑制され、当然ながらベース電位も一定に保たれます。

お礼

High_Score先生、ありがとうございました。

エミッタ抵抗に流れる電流が増えるから、エミッタの電圧（電位）が上がる。その結果、Vbeの電位が下がり、ベース電流が下がり、コレクタ電流が下がる……という流れ、理解できました！　また、ベース側に抵抗が二つ付いているのは、分圧することにより、ベース電流を安定させているのだと分かりました。（だったら、３つでも４つでも抵抗を直列に付けたほうが良いのではないでしょうか？）
だいたい分かったのですが、ただ、ここで自己バイアスのほうについて、理解できないことが出て来てしまいました。

自己バイアスは、コレクタ電流が上がるとコレクタ側の抵抗が働いて、電位が下がり、結果、ベース側の電位も下がり、ベース電流が減って、コレクタ電流が減る……という流れだと理解していました。

電流帰還バイアスでは「エミッタ抵抗に電流がたくさん流れて、電位が上がって」、自己バイアスでは「コレクタ抵抗に電流がたくさん流れて、電位が下がって」となっていませんか？

「抵抗に電流を流すと、電位が上がるのか、下がるのか？」というところで、悩んでいます。
ここは、どう理解すればいいのでしょうか？

色々と調べ回っているのですが、どうしても納得できる説明を見つけることができません。

もし良ければ、教えて頂けないでしょうか？

また、mink6137先生とHigh_Score先生に、同じ文面のお礼を返していまして、申し訳ありません。