トランジスタの『負荷線の引き方』について！

この記事ではトランジスタの『負荷線』について

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

負荷線の引き方

上図にバイポーラトランジスタと抵抗で構成される回路と、バイポーラトランジスタのI_B-V_BE特性(上図左)とI_C-V_CE特性(上図右)を示します。

『負荷線上でトランジスタの電流と電圧がどのように変化しているのか』を説明する前にI_B-V_BE特性とI_C-V_CE特性に直線を引く必要があります。I_C-V_CE特性に引く直線は負荷線と呼ばれています。

補足

まず、ベースエミッタ間電圧V_BEが0Vの時にベース電流I_Bが何Aになるかを求めます。ベースエミッタ間電圧V_BEが0Vの時は、ベース抵抗R_Bには直流電圧V_BBが印加されます。そのため、ベースエミッタ間電圧V_BEが0Vの時におけるベース電流I_Bは次式となります。

\begin{eqnarray}
I_{B}=\frac{V_{BB}}{R_{B}}
\end{eqnarray}

次に、ベース電流I_Bが0Aの時にベースエミッタ間電圧V_BEが何Vになるのかを求めます。ベース電流I_Bが0Aの時は、ベースエミッタ間電圧V_BEは直流電圧V_BBと等しくなるため、次式となります。

\begin{eqnarray}
V_{BE}=V_{BB}
\end{eqnarray}

この2点を結んだ直線を結ぶと以下の式となります。

\begin{eqnarray}
I_{B}=-\frac{V_{BE}}{R_{B}}+\frac{V_{BB}}{R_{B}}
\end{eqnarray}

まず、コレクタエミッタ間電圧V_CEが0Vの時にコレクタ電流I_Cが何Aになるかを求めます。コレクタエミッタ間電圧V_CEが0Vの時は、コレクタ抵抗R_Cには直流電圧V_CCが印加されます。そのため、コレクタエミッタ間電圧V_CEが0Vの時におけるコレクタ電流I_Cは次式となります。

\begin{eqnarray}
I_{C}=\frac{V_{CC}}{R_{C}}
\end{eqnarray}

次に、コレクタ電流I_Cが0Aの時にコレクタエミッタ間電圧V_CEが何Vになるのかを求めます。コレクタ電流I_Cが0Aの時は、コレクタエミッタ間電圧V_CEは直流電圧V_CCと等しくなるため、次式となります。

\begin{eqnarray}
V_{CE}=V_{CC}
\end{eqnarray}

この2点を結んだ直線が負荷線であり、以下の式で表されます。

\begin{eqnarray}
I_{C}=-\frac{V_{CE}}{R_{C}}+\frac{V_{CC}}{R_{C}}
\end{eqnarray}

これで『負荷線の引き方』の説明を終わります。次に『負荷線上でトランジスタの電流と電圧がどのように変化しているのか？』について説明します。

I_B-V_BE特性とI_C-V_CE特性に直線を引き終わったので、直流電圧V_BBに交流電圧v_BBを加えた時に、『トランジスタの電流と電圧がどのように変化しているのか？』について説明していきます。

上図の回路は、

入力の交流電圧v_BBが増える→ベースエミッタ間電圧V_BEが増える→ベース電流I_Bが増える→コレクタ電流I_Cが増える→抵抗R_Cの電圧降下が増える→出力のコレクタエミッタ間電圧V_CEが減る

という動作になっています。すなわち、入力(交流電圧v_BB)と出力(コレクタエミッタ間電圧V_CE)の変化が逆になります。これを逆相と呼んでいます。

なお、コレクタ抵抗R_Cには、コレクタ電流I_CO＋i_Cが流れているため、コレクタ抵抗R_Cの端子間電圧V_RCは、V_RC=R_C(I_CO＋i_C)となります。

この記事ではトランジスタの『負荷線』について、以下の内容を説明しました。

お読み頂きありがとうございました。

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