□ H16年12月期 A-08  Code:[HC0302] : トランジスタ回路で、ベースバイアスとコレクタ電源の極性が正しい組合せ
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2022年
05/14 04月期問題頁掲載
01/11 12月期問題頁掲載
2021年
10/17 09月期問題頁掲載
H1612A08 Counter
無線工学 > 1アマ > H16年12月期 > A-08
A-08 図に示すトランジスタ回路のベースバイアス用電源及びコレクタ用電源の極性として、正しいものを下の番号から選べ。
問題図 H1612A08a
Fig.H1612A08a

 トランジスタを動作させるには、増幅しようとする信号の他に、「バイアス」という考え方が必要になります。そのバイアス電圧の掛け方を理解するには、トランジスタ内部の動作を簡単におさらいしておくことが必要です。
 内部の動作が分かっていれば、PNP,NPN,ベースバイアス・コレクタバイアスの組合せをいろいろ変えて出題されても、迷うことがありません。

[1]トランジスタはどう動作している?

 まず、Fig.HC0302_a左のように、C-E間には電圧VCを掛けたまま、B-E間の電圧VBをゼロから徐々に上げて行くことを考えます。電圧をかける向きは、図のようにします。ここで答えが出てしまっているわけですが、まずは動作を頭に入れるためと思って見て下さい。
 VBが零の時は、コレクタ電流ICは流れません。B-C間が逆バイアス(VC>VB)になっているので、ダイオードと同じ整流作用のためです。VBを徐々に上げてゆくと、順方向バイアスなので、ベースには電流IBが流れはじめます。
Fig.HC0302_a トランジスタの動作とバイアス
Fig.HC0302_a
トランジスタの動作とバイアス
 ベースに入った正孔は、エミッタ側に引かれて、エミッタから来た電子と再結合してベース電流が流れます。ベースは非常に薄く作られているので、ベース電流が流れるとキャリアが少なくなり、空乏層のような状態になります。
 この状態になるとB-C間は「逆バイアス」状態ではなくなりますので、今まで流れなかったエミッタからの電子がコレクタへ流れ始めます。しかも、コレクタ電流がベース電流に比例して…。
 詳しいメカニズムは、半導体の教科書に解説してもらわなくてはなりませんが、ここでは現象だけ理解しておきます。

[2]トランジスタは電流で電流を制御する

 上で見たように、トランジスタは、ベースに流れる電子や正孔の数(すなわち電流)で、コレクタに流れる電子や正孔の数(すなわち電流)を制御する素子です。よくFET(電界効果トランジスタ)と対比して出題されますが、FETは「電圧で電流を制御する素子」ですので、動作原理が全く異なります。

それでは、解答に移ります。
 …NPN形で、ベースバイアスもコレクタバイアスも逆です
 …PNP形で、ベースバイアスもコレクタバイアスも逆です
 …NPN形で、ベースバイアスは正しいですがコレクタバイアスが逆です
 …NPN形で、ベースバイアスもコレクタバイアス正しい向きです
 …PNP形で、ベースバイアスは正しいですがコレクタバイアスが逆です
となりますので、正解はと分かります。