LTspiceでトランジスタ活用③トランジスタのバイアス回路

　トランジスタのアナログ増幅回路を考えるとき、出力の波形にひずみが生じないように、無信号時の出力が電源電圧の中間くらいになるように調整します。そのための調整回路がバイアス回路で、
①固定バイアス回路
②自己バイアス回路
③電流帰還バイアス回路
があります。この中でも電流帰還バイアス回路が主に利用されます。

●固定バイアス回路

　固定バイアスの場合は、電源から図に示すR2の抵抗でベースに電流を供給します。この電源電圧VC、ベース-エミッタ間電圧VBE、抵抗値R2とベースに流れる電流Ibの関係は、次のようになります。

　　　Ib × R2 ＝ VC － VBE

　コレクタの電圧Vcと負荷抵抗　R1とコレクタ電流 Icの関係を確認します。無信号時のコレクタ電圧は、上下に同じように振れることができるように電源の1/2くらいになるように調整します。

　　　Vc　＝ VC － Ic × R1
　　　2Vc ＝ VC

　IcはIbの数百倍の値になっていて、その関係は、

　　直流電流増幅率 hFE ＝ Ic / Ib ＝ 100～300

となります。ただし　直流電流増幅率hFEはばらつきが大きな特性値で、同じ型番のトランジスタでも数百から７、８百の値になるものもあり、Y、GRなどと選別してグレード分けしている製品もあります。

●信号源、電源を追加

　信号源と電源を追加し、それぞれの素子の値を決めます。最近は、アナログ回路も特別な理由がないとマイコンなどの電源と同じ5Vの電源でテストすることが多くなっているので、5Vの電源電圧とします。
　トランジスタは2N2222を選択しました。R2の負荷抵抗の値は数mAの電流を流すことを想定し1kΩの抵抗を設定しました。ベース電流が10μAくらいの電流になるようにR2の値を設定します。

　　　R2 ＝4.4V / 0.000009A

　10μＡで440kΩ、9μAで470kΩくらいになります。ここでは470kに設定しています。

　信号源は±10mV、1kHzの正弦波を用意し、C1は交流の正弦波信号を加えるため、C2はoutで交流成分のみ取り出すためです。シミュレーションは過渡解析で、10msの期間設定します。