20260629_1

20260622_1

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トランジスタはスイッチングと増幅を行う

(ダイオードはスイッチング素子)

端子	npn	pnp
Cコレクタ	入力	出力
Bベース	コントロール	コントロール
Eエミッタ	入力	出力

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トランジスタのエミッタ接地回路

ベースとエミッタの間ではダイオードの電圧電流特性

コレクタエミッタの間ではスイッチング作用

ベースとコレクタの電流では増幅作用

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バイポーラトランジスタ回路

ベース電流で出力側のコレクタ電流を制御する

ベース側は回路定数で決まる負荷線が動作点に、コレクタ側は負荷線が動作点に

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トランジスタは論理回路を作れる

トランジスタを2つ繋いでNANDに

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バイポーラトランジスタとFETトランジスタ

FETではゲートとドレインとソースに

FET	バイポーラ
ゲートG	ベースB
ドレインD	コレクタC
ソースS	エミッタE

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トランジスタによる増幅回路

graph TD
    subgraph エミッタ接地増幅回路
        VCC["VCC"]
        RC["RC"]
        Q["トランジスタ\n(NPN)"]
        Vin["入力 vin"]
        Vout["出力 vout"]
        GND["GND"]

        VCC --> RC
        RC --> Q
        Vin --> Q
        Q --> GND
        Q --> Vout
    end

graph TD
    subgraph 信号の流れ
        A["入力信号\nvin"] -->|ベース電流\nib = vin / rπ| B["ベース電流\nib"]
        B -->|IC = β × ib| C["コレクタ電流\nic"]
        C -->|Vout = -ic × RC| D["出力電圧\nvout"]
    end

• エミッタ接地回路で電流増幅する

• ベース電流 $I_B$ の変化がコレクタ電流 $I_C$ の変化になる

• $I_C=\beta \times I_B$ （$\beta$ = 電流増幅率、通常 100〜300 倍）

• 小さい入力電流変化 → 大きな出力電流変化

• コレクタに負荷抵抗 $R_C$ を入れると電圧増幅にもなる

• $V_{out}=V_{CC}-I_C\times R_C$

• $I_B$ が増える → $I_C$ が増える → $R_C$ の電圧降下が大きくなる → $V_{out}$ が減る

• 入力と出力の位相が 180° 反転する（反転増幅）

• 増幅動作の条件：エミッタ接合は順バイアス、コレクタ接合は逆バイアス

• この範囲で動作点（Q点）を設定する

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トランジスタの小信号等価回路

graph TD
    subgraph 小信号等価回路
        B["ベース B"]
        E["エミッタ E"]
        C["コレクタ C"]
        rpi["rπ"]
        gm["gm × vbe\n(電圧制御電流源)"]
        ro["ro\n(出力抵抗)"]

        B --> rpi
        rpi --> E
        gm --> E
        B --> gm
        C --> ro
        ro --> E
    end

• DC 動作点（Q点）の周りで small signal を取り扱う

• ベース-エミッタ間：電圧制御電流源 $g_m\times v_{be}$

• $g_m=\frac{I_C}{V_T}$ （$V_T\approx 26\text{mV}$ at 室温）

• コレクタ-エミッタ間：電流源 $g_m\times v_{be}$ と並列に $r_o$（出力抵抗）

• $r_o=\frac{V_A}{I_C}$ （$V_A$ = アーリー電圧）

• 小信号電圧増幅率

• $A_v=-g_m\times (R_C\parallel r_o)$

• 負荷 $R_L$ がある場合は

• $A_v=-g_m\times (R_C\parallel R_L\parallel r_o)$

• 負の符号は位相反転を表す