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第三種電気主任技術者・2024年度 下期・理論

2024年度 下期 理論 問13

静電気・コンデンサ静電気静電容量トランジスタ特性

問題文

この問題の誤りを報告

図1は、固定バイアス回路を用いた、RB R_{B} の値が未知のエミッタ接地トランジスタ増幅回路である。図2は、この増幅回路で用いているトランジスタのコレクタ－エミッタ間電圧 VCE V_{CE} とコレクタ電流 IC I_{C} との関係を予め調べ示した静特性である。ただし、五つのベース電流の値 IB[μA] I_{B} [\mu \mathrm{A}] のみに対する曲線であり、増幅回路の負荷抵抗 RL R_{L} の負荷線も重ねて示している。今、増幅回路の動作点を測定したところ VCE=3.0V V_{CE}=3.0 \mathrm{V} であった。抵抗 RB R_{B} の値 [MΩ] [\mathrm{M}\Omega] として最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
ただし、ベース－エミッタ間電圧 VBE≒0.7 V_{BE} \fallingdotseq 0.7 としてよい。なお、C1,C2 C_{1}, C_{2} は結合コンデンサであり、 VCC V_{CC} は直流電圧源である。

2024年度 下期 理論 問13の問題図1

出典：第三種電気主任技術者 2024年度 下期 理論 問13

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正答：(2)

要点

正解は(2)。トランジスタ回路では、分圧で決まる電位と電流条件を順に追って動作点を決める問題です。 ベース側の条件から電位や電流を順に求め、そこから入力インピーダンスや動作状態を判断することが要点です。 計算後は桁と単位を確認し、近い選択肢との差を見極めます。

詳細解説を読む

この問題では、ベース側の条件から電位や電流を順に求め、そこから入力インピーダンスや動作状態を判断することがポイントです。

図2の直流負荷線より、電源電圧 VCC V_{CC} は VCE V_{CE} 軸との交点（IC=0 I_C=0 ）である 5V 5 \mathrm{V} と読み取れる。
動作点 VCE=3.0V V_{CE} = 3.0 \mathrm{V} における負荷線上の IC I_C を読み取ると、負荷線は (0,3mA) (0, 3\mathrm{mA}) と (5V,0) (5\mathrm{V}, 0) を結ぶ直線である。
VCE=3.0 V_{CE}=3.0 のとき、IC=3×5−35=1.2mA I_C = 3 \times \dfrac{5-3}{5} = 1.2 \mathrm{mA} 。
この点（3.0V, 1.2mA）におけるベース電流 IB I_B をグラフから推定する。
グラフでは IB=4μA I_B=4\mu\mathrm{A} のとき IC≈1.0mA I_C \approx 1.0\mathrm{mA} 、IB=6μA I_B=6\mu\mathrm{A} のとき IC≈1.5mA I_C \approx 1.5\mathrm{mA} である。
1.2mAはその間にあるため、比例配分すると、
IB≈4+1.2−1.01.5−1.0×(6−4)=4+0.8=4.8μA I_B \approx 4 + \dfrac{1.2 - 1.0}{1.5 - 1.0} \times (6 - 4) = 4 + 0.8 = 4.8 \mu\mathrm{A} 。
固定バイアス回路の式より、
IB=VCC−VBERB I_B = \dfrac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B}
RB=VCC−VBEIB=5.0−0.74.8×10−6=4.34.8×106≈0.896×106Ω R_B = \dfrac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B} = \dfrac{5.0 - 0.7}{4.8 \times 10^{-6}} = \dfrac{4.3}{4.8} \times 10^6 \approx 0.896 \times 10^6 \Omega
約 0.9MΩ 0.9 \mathrm{M}\Omega となる。

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