Amplifiers-operating-point
動作点
飽和点と切断点を結ぶ線が描かれている場合、そのような線は Load line と呼ばれます。 この線は、出力特性曲線上に描かれると、*動作点*と呼ばれる点で接触します。
この動作点は、静止点*または単に Q点*とも呼ばれます。 このような交差点は多数存在する可能性がありますが、AC信号の振幅に関係なくトランジスタがアクティブ領域に留まるようにQポイントが選択されます。
次のグラフは、動作点を表す方法を示しています。
動作点は、忠実な増幅を達成するために安定したままでなければならないため、乱されてはなりません。 したがって、静止点またはQ点は、*忠実な増幅*が達成される値です。
忠実な増幅
信号強度を増加させるプロセスは、*増幅*と呼ばれます。 この増幅は、信号の成分を損失することなく実行される場合、*忠実な増幅*と呼ばれます。
- 忠実な増幅*は、信号強度を上げることにより入力信号の完全な部分を取得するプロセスです。 これは、AC信号が入力に加えられたときに行われます。
上記のグラフでは、入力された入力信号は完全に増幅され、損失なく再生されます。 これは*忠実な増幅*と理解できます。
動作点は、*アクティブ領域*にあるように選択され、損失なしで完全な信号の再生に役立ちます。
動作点が飽和点に近いと見なされる場合、増幅は以下のようになります。
操作点がカットオフ点に近いと見なされる場合、増幅は以下のようになります。
したがって、動作点の配置は、忠実な増幅を達成するための重要な要素です。 ただし、トランジスタがアンプとして適切に機能するためには、入力回路（ベースエミッタジャンクション）が順方向にバイアスされ、出力回路（コレクタベースジャンクション）が逆バイアスのままです。
したがって、増幅された信号には入力信号と同じ情報が含まれますが、信号の強度は増加します。
忠実な増幅の重要な要因
忠実な増幅を確保するには、次の基本条件を満たしている必要があります。
- 適切なゼロ信号コレクター電流
- いつでも最小の適切なベース-エミッター電圧（V〜BE〜）。
- 最小の適切なコレクターエミッター電圧（V〜CE〜）。
これらの条件が満たされると、トランジスタは、入力が順方向にバイアスされ、出力が逆方向にバイアスされたアクティブ領域で動作します。
適切なゼロ信号コレクター電流
これを理解するために、下図に示すようなNPNトランジスタ回路を考えてみましょう。 ベース-エミッタ接合は順方向にバイアスされ、コレクタ-エミッタ接合は逆方向にバイアスされます。 入力に信号が印加されると、NPNトランジスタのベース-エミッタ接合部が入力の正の半サイクルの間順方向にバイアスされるため、出力に現れます。
負の半サイクルの場合、同じ接合部に逆バイアスがかかるため、回路は導通しません。 これは、以下の図に示すように、*不忠実な増幅*につながります。
ベース回路にバッテリーV〜BB〜を導入しましょう。 この電圧の大きさは、入力信号の負の半サイクルであっても、トランジスタのベース-エミッタ接合が順方向にバイアスされたままでなければなりません。 入力信号が印加されていない場合、V〜BB〜により、回路にDC電流が流れます。 これは、ゼロ信号コレクタ電流 I〜C〜として知られています。
入力の正の半サイクル中、ベース-エミッタ接合はより順方向にバイアスされるため、コレクタ電流が増加します。 入力の負の半サイクルでは、入力接合部の順方向バイアスが小さくなるため、コレクタ電流が減少します。 したがって、次の図に示すように、入力の両方のサイクルが出力に表示されるため、*忠実な増幅*の結果が得られます。
したがって、忠実な増幅のためには、適切なゼロ信号コレクタ電流が流れる必要があります。 ゼロ信号コレクタ電流の値は、信号のみによる少なくとも最大コレクタ電流に等しくなければなりません。
いつでも適切な最小V〜BE〜
ベースからエミッタへの最小電圧V〜BE〜は、順方向にバイアスされるジャンクションのカットイン電圧よりも大きくなければなりません。 シリコントランジスタが導通するために必要な最小電圧は0.7v、ゲルマニウムトランジスタが導通するために必要な電圧は0.5vです。 ベースエミッタ間電圧V〜BE〜がこの電圧よりも大きい場合、電位障壁が克服され、ベース電流とコレクタ電流が急激に増加します。
したがって、入力信号のいずれかの部分でV〜BE〜が低くなると、結果として生じる小さなコレクタ電流のために、その部分はそれほど増幅されず、不正確な増幅が生じます。
いつでも適切な最小V〜CE〜
忠実な増幅を実現するには、コレクタエミッタ電圧V〜CE〜がカットイン電圧（ニー電圧）を下回ってはなりません。 V〜CE〜がニー電圧よりも小さい場合、コレクターベースの接合部は適切に逆バイアスされません。 その場合、コレクタはエミッタから放出される電子を引き付けることができず、ベースに向かって流れ、ベース電流が増加します。 したがって、βの値は低下します。
したがって、入力信号のいずれかの部分でV〜CE〜が低くなると、その部分の乗算の度合いが小さくなり、増幅が不正確になります。 したがって、V〜CE〜がV〜KNEE〜よりも大きい場合、コレクターベース接合部は適切に逆バイアスされ、βの値は一定のままであり、忠実な増幅をもたらします。
