共通エミッタ増幅器：設計、測定、フィードバック技術

部品と材料

• NPNトランジスタ 1個（2N2222または2N3403推奨；Radio Shack #276-1617に15個パック掲載）
• 6V電池 2個
• 10kΩポテンショメータ、シングルターン、直線テーパー（Radio Shack #271-1715）
• 1MΩ抵抗 1本
• 100kΩ抵抗 1本
• 10kΩ抵抗 1本
• 1.5kΩ抵抗 1本

参考文献

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 4: Bipolar Junction Transistors

学習目標

• シンプルな共通エミッタ増幅器回路を設計する
• 増幅器電圧利得を測定する
• 反転増幅器と非反転増幅器を区別する
• 負帰還を適用して安定性を改善する

回路図

 

イラスト

 

手順

回路を構築し、出力電圧（コレクタ-グラウンド）と入力電圧（ポテンショメータワイパー-グラウンド）を、ポテンショメータ設定の範囲で測定。まずポテンショメータを最低から最高までスイープし、出力電圧の全範囲を特定。次に、いくつかの中間目標電圧（例：1V、3V、5V、7V、9V、11V）を選び、対応する入力電圧を記録。

最低2組のデータペアで、電圧利得を出力変化/入力変化の比として計算。例えば、1.5V入力で7.0V出力、1.66V入力で1.0V出力なら、利得は(7.0-1.0)/(1.66-1.5)=6/0.16≒37.5。

2つの重要な観察が得られます：反転——入力電圧増加で出力電圧が減少し、増幅器が反転型であることを確認；および大きな電圧利得、電圧フォロワーのユニティ利得を大きく上回ります。

共通エミッタ増幅器は高利得で評価されますが、温度にも敏感です。トランジスタを加熱（手やヘアドライヤー）し、固定入力での出力電圧シフトを観察してテスト。逆に氷で冷やして変化を観察。温度変化はベース-エミッタ接合を変化させ、与えられた入力でのベース電流を変更し、それによりコレクタ電流と出力電圧に影響します。

負帰還で温度ドリフトを緩和できます。最もシンプルな方法は、エミッタとグラウンド間に抵抗を追加し、入力感度を低下させる分圧器を作ることです。下図を参照。

 

 

 

1.5kΩエミッタ抵抗を装着して電圧測定を繰り返し、低下した利得を再計算し、再び温度安定性をテスト。抵抗あり/なしでの出力変動の大きさを比較。

代替フィードバック技術として、高抵抗値抵抗（例：コレクタとベース間に1MΩ）で出力を入力に帰還させます。これも利得を下げ安定性を高めますが、2つのスキームで出力電圧範囲が異なります。フルスイープ電圧限界が2回路でどう異なるか観察してください。

 

 

 

コンピュータシミュレーション

ノード番号付きSPICE回路図：

 

 

ネットリスト（以下をテキストファイルに正確にコピー）：

 Common‑emitter amplifier
vsupply 1 0 dc 12
vin 3 0
rc 1 2 10k
rb 3 4 100k
q1 2 4 0 mod1
.model mod1 npn bf=200
.dc vin 0 2 0.05
.plot dc v(2,0) v(3,0)
.end 

このSPICEシミュレーションは、vinに0〜2VのDCスイープを適用し、コレクタ-グラウンド電圧を記録。出力プロットは、トランジスタがアクティブ領域に入るときのステップ状遷移を示します。

 

関連ワークシート

• Class A BJT Amplifiers Worksheet