トランジスタの固定バイアス回路（LTspiceでトランジスタ活用③トランジスタのバイアス回路）に関して、読者の方から次のようなご質問がありました。
　ご質問に沿って固定バイアス回路の入出力の関係を調べてみます。

＜＜質問１＞＞

　固定バイアス回路ではバイアス抵抗でベース-エミッタ間にほぼ0.7Vかかるようにベース電流が流れていると思います。ここに交流信号を入れたとき交流信号がマイナス値になったとき、ベース-エミッタ間が0.7Vより小さくなり、ベース電流が流れない方向に動き、ひずみなく増幅できないように思ってしまうのですが、なぜ正常に増幅できるのでしょうか。

●考え方

• 入力信号を数十倍から百倍以上の増幅された出力となるので、0.7V以上の入力電圧を加えた場合は電源電圧が約数十Vではクリッピングして歪みのない出力は得られません。
• そのため、波形を再現できるのは数十ｍVくらいまでの入力信号のときです。
• 負帰還回路を追加して増幅度を数倍にした場合は、電源電圧の範囲で0.7Vを超えた範囲でも増幅できることをシミュレーションで示します。

●シミュレーションでどのようになるか確認する

　入力信号を変数XSとして、その値を10ｍVから40mVまで5mV刻みで増加してシミュレーションします。

　　　SINE(0｛XS｝1kHz)
　　　.step param XS 10m 40m 5m

と次に示すように設定します。

　シミュレーション結果は、次のようになります。
　35ｍV、40ｍVは上下の両端近くでクリッピングしています。

　10ｍＶは記事で表示してあるので、15ｍＶの結果を次に示します。

　入力30ｍＶくらいから波形の上下に歪みが生じ始めています。増幅器の場合は、歪みのない出力を得る入力信号の大きさは、入力信号×増幅度が出力範囲となる必要があります。

●ネガティブ・フィードバック回路を追加して約２倍の増幅度でテストする

　エミッタとGNDの間に、負荷抵抗R1の半分の抵抗値500Ωの抵抗R3をセットします。入力信号100ｍVから1000ｍVまで変化させシミュレーションを行います。

　入力が100ｍV、300ｍVが1.9倍、500ｍVで1.86倍、700mVで1.84倍、それ以上は出力がクリップングしています。

●マイナス側の入力範囲

　エミッタ-GND間にR3の抵抗を挿入したことにより、次に示すように無信号時の電圧は0.8Vとなります。ベースの入力電圧の範囲は、B-E間電圧にエミッタ電圧を加えたものになります。

＜＜質問２＞＞

　（LTspiceでトランジスタ活用③トランジスタのバイアス回路）に示されている固定バイアス回路では、入力振幅何Vまで正常に増幅できるのでしょうか。

　固定バイアス回路の場合は、電源電圧マイナス1Vくらいまでの出力を得ることができます。しかし、トランジスタのばらつきなどで個別に調整する必要があり、電流帰還バイアス回路を利用したほうが安定な回路となります。

(2022/03/17)

＜神崎康宏＞