トランジスタ増幅回路の設計講座【設計ノウハウを公開】

こんにちは。カイロです。
トランジスタ増幅回路の設計ノウハウを公開します。

◇トランジスタ増幅回路の設計講座とは◇

・トランジスタ増幅回路の「設計方法」にフォーカスした教材
・私の経験にもとづいた「設計ノウハウ」をまとめました
・トランジスタ増幅回路を学習したい方向けの教材です

上記のとおり。

『トランジスタ増幅回路』を選んだ理由は、私が電子回路で一番初めに学習したのがトランジスタ増幅回路だからです。

個人的には、電子回路の入り口だと思ってます。

内容は次のとおり。

◇目次◇

【第１章】トランジスタ増幅回路の基礎知識
　　1. トランジスタの基本を解説
　　2. トランジスタ増幅回路における直流電流の必要性
　　3. トランジスタの動作を解説
　　4. コレクタ-エミッタ間の最適な直流電圧を決める方法

【第２章】固定バイアス回路の設計
　　1. 固定バイアス回路
　　2. 固定バイアス回路の設計
　　3. 固定バイアス回路における増幅の倍率
　　4. 固定バイアス回路は電流増幅率のバラツキの影響を受ける

【第３章】自己バイアス回路の設計
　　1. 自己バイアス回路
　　2. 自己バイアス回路の設計
　　3. 自己バイアス回路における増幅の倍率
　　4. 自己バイアス回路における電流増幅率のバラツキの影響

【第４章】電流帰還バイアス回路の設計
　　1. 電流帰還バイアス回路
　　2. 電流帰還バイアス回路の設計
　　3. 電流帰還バイアス回路における増幅の倍率
　　4. 電流帰還バイアス回路における電流増幅率のバラツキの影響

第１章～第４章まであります。

まずは第１章でトランジスタ増幅回路を設計するための基礎知識を学習します。

そして第２章～第４章でトランジスタ増幅回路の設計方法を解説しています。

また、トランジスタ増幅回路には、3つの種類の回路があります。

　・固定バイアス回路
　・自己バイアス回路
　・電流帰還バイアス回路

第２章で固定バイアス回路、第３章で自己バイアス回路、第４章で電流帰還バイアス回路を解説しています。

なお実際に解説する回路は以下のとおり。

【固定バイアス回路】

【自己バイアス回路】

【電流帰還バイアス回路】

この回路の設計方法を解説しています。

◇購入するための条件◇

電子回路の基本を知っている方限定とします。
「オームの法則も知らない」という方は、ちょっとキビしいかと思います。

また下記の注意点もご確認ください。

・トランジスタ増幅回路には３つの接地方式があります。本講座では、トランジスタ増幅回路でよく使われるエミッタ接地を解説しています。
コレクタ接地とベース接地は解説していません。
・本講座では数式を利用して解説しておりますが、数式そのものを解説する講座ではありません。数式を利用して設計する方法を解説しています。
・質問には対応しておりません。低価格維持のためご了承くださいませ🙇‍♂️（稀にDMで質問を頂きますが対応できませんのでご了承ください🙇‍♂️）

◇特典◇

購入後、アンケートにご回答いただいた方には、本講座の数式計算に使用したExcelデータをプレゼントします。

◇講座内容を部分的に「無料公開」します◇

第１章と第２章の一部を無料公開します。

講座の内容が気になる方もいると思いますので、一部を無料公開します。
実際に読んでみて、購入をご検討いだたけたらと思います。

----------------------- 以下、無料公開の講座内容 -----------------------

【第１章】トランジスタ増幅回路の基礎知識

１．トランジスタの基本を解説

トランジスタ増幅回路では、トランジスタという電子部品を使用します。

トランジスタについて知っておくことは以下の３つです。

・トランジスタの３つの端子
・トランジスタ増幅回路の動作の流れ
・トランジスタの電流増幅率

１つずつ解説します。

1-1. トランジスタの３つの端子

トランジスタには３つの端子があります。

・ベース（B）
・コレクタ（C）
・エミッタ（E）

トランジスタ増幅回路（エミッタ接地）では、この３つの端子を以下のように接続します。

コレクタは、抵抗を介して電源に接続し、
エミッタは、GND（0V）に接続します。

ベースに信号を入力し、コレクタから信号を出力します。

これがトランジスタ増幅の基本的な動作です。

この動作の流れをもう少し詳しく解説します。

1-2. トランジスタ増幅回路の動作の流れ

トランジスタ増幅回路は以下のような流れで動作します。

①ベース（B）に入力電圧を加える
↓
②ベース電流が流れる
↓
③コレクタ電流が流れる
↓
④コレクタ（C）で出力電圧が発生する

このような流れで動作し、小さな入力電圧を大きな出力電圧にしています。

■よくある質問
ベース電流 + コレクタ電流 = エミッタ電流 ではないのですか？

その通りですね。エミッタ電流はベース電流とコレクタ電流の合計です。

しかし、エミッタ電流はコレクタ電流とほぼ同じと考えて良いです。

理由としてはベース電流がコレクタ電流に比べて非常に小さいからです。

ベース電流がどのくらい小さいかについては、次の電流増幅率とともに解説します。

1-3. トランジスタの電流増幅率

トランジスタには電流増幅率という性能を示すものがあります。

その名のとおり、どのくらい電流を増幅するかという性能を示すもので、トランジスタの動作では以下の計算式で表せます。

コレクタ電流 = 電流増幅率 × ベース電流

つまり電流増幅率は、ベース電流をどれだけ大きくしてコレクタ電流を流すかを決めています。

例えば、ベース電流が0.01mAで、電流増幅率が100だとすると、

コレクタ電流 = 100 × 0.01mA = 1mA

となります。

このとき、エミッタ電流を考えてみると、

エミッタ電流 = ベース電流 + コレクタ電流 = 0.01mA + 1mA = 1.01mA

となり、エミッタ電流1.01mAとコレクタ1mAはほぼ同じであることが分かります。

なので、エミッタ電流はコレクタ電流とほぼ同じと考えて良いのです。

------------------------第１章の無料公開はここまで------------------------

【第２章】固定バイアス回路の設計

１．固定バイアス回路

1-1. 固定バイアス回路の構成

固定バイアス回路は、第１章で解説した回路に抵抗とコンデンサが追加されます。

これが固定バイアス回路の構成です。

なお、回路の中に抵抗とコンデンサが2つずつ出てきたので、記号を割り振りました。

抵抗 → R1、R2
コンデンサ → C1、C2

では、抵抗R2とコンデンサC1の役割を解説していきます。

1-2. 固定バイアス回路の抵抗とコンデンサの役割

抵抗R2の役割は、抵抗R2を経由してベース電流を流すことです。

また、コンデンサC1の役割は、コンデンサC2と同じく、異なる直流電圧を接続しないようにするためです。

ベース-エミッタ間の直流電圧は0.6～0.7V程度です。私の知る限り、どのドランジスタを使ってもこのぐらいの電圧です。

入力電圧の直流電圧は、電圧を入力する方法にもよりますが、0Vが多いと思います。

つまり、異なる直流電圧を接続することはできないのでコンデンサを入れる必要があります。

２．固定バイアス回路の設計

それでは、固定バイアス回路の設計をしていきます。

電源、負荷、トランジスタの電流増幅率は以下のようにします。

電源 = 5V
抵抗（負荷） = 1kΩ
トランジスタの電流増幅率 = 100

2-1. 設計した固定バイアス回路

まずは設計した固定バイアス回路を示します。

これから解説する手順で上記の固定バイアス回路を設計します。

それでは解説していきます。

2-2. 固定バイアス回路の設計手順

固定バイアス回路の設計手順は以下のようになります。

抵抗R1を決める
↓
抵抗R2を決める
↓
コンデンサC1を決める
↓
コンデンサC2を決める

この手順で解説していきます。

------------------------途中省略------------------------

抵抗R2

これまで計算した値から、抵抗R2を計算します。

抵抗R2
= ( 電源 － ベース-エミッタ間電圧 ) / ベース電流
= ( 5V－ 0.65V ) / 0.0333mA
= 4.35V / 0.0333mA
≒130kΩ

抵抗R2を計算できましたので、次はコンデンサを決めていきます。

------------------------第２章の無料公開はここまで------------------------

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