Transcript エレクトロニクスII第7回 2003.11.21

エレクトロニクスII
第７回トランジスタの動作点
付：実用エレクトロニクス(3)CRT
2003.11.21
佐藤勝昭
• 図のような特性をもつトランジス
タにおいて、ベース電流IBを40A
に設定した。VCE=4Vとする
• このとき、IBを20A増やすとICは
何mA増えるか
• これより、このトランジスタの電流
増幅率hFEを求めよ。
ΔIb=20μAに対してΔIc=4mA
従ってhFE=4000/20=200
IC(mA)
前回の問題（１）
前回の問題（２）
• カラーテレビ放送では、R,G,B３つの映像を送る必要があるが、独
立に送ると３つのチャンネルが必要になる。１つのチャンネルで伝
送するためにどのような工夫がされているか。
R,G,B信号から輝度信号Yと、色差信号R-Y, B-Y信号を作成し、
Y信号に、色差信号で変調した副搬送波信号を重畳して伝送、
受信機側で、再構成して、R,G,Bに戻す方法がとられている。
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
受像器の仕組み
• テレビジョン受像機では、伝送されてきた信号から
音声信号（音声多重信号）と映像コンポジット信号
を分離、次にコンポジット信号からから、同期分離
回路で水平同期信号HD、垂直同期信号VDを、カ
ラー分離回路でカラー信号I, Qと輝度信号を分離
する。I, Q信号とY信号からマトリクス回路で
R,G,B信号が復元される。
• I信号の帯域は1.5MHz, Q信号の帯域は0.5MHz
なので、細かいところには色が付かない。
実用エレクトロニクスコーナー第３回
カラーＴＶブロックダイアグラム(b)
佐々木・宮崎「テレビジョン」
コロナ社 による
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
さまざまなディスプレイ
• 走査線にそって送られてきたR,G,Bの映像信号
によって各画素のR,G,B成分の光量を変化させ
画像として表示する。
• ディスプレイには、ブラウン管(CRT),液晶ディスプ
レイ(LCD),プラズマディスプレイ(PDP),エレクトロ
ルミネセンスディスプレイ(ELD), 電界放出ディス
プレイ(FED) などがある。このうちLCDは光源光
量を制御する
• 今回は、CRTについて述べる。
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
ＣＲＴの原理
• 電子銃からの電
子ビームを2030kVの高電圧で
加速、シャドウマ
スクを通して、蛍
光スクリーンの蛍
光体を励起
• CL(カソードルミネ
センス)を利用
http://www.nanoelectronics.jp/kaitai/pdp/3.htm
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
ＣＲＴの構造
• 電子銃、偏向板(オシ
ロスコープ)または偏
向ヨーク（ブラウン管)、
シャドウマスク、蛍光
スクリーンから構成
される。
小林洋志「発光の物理」（朝倉書店）より
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
カラーＣＲＴの原理
• 赤、緑、青の微小
な領域に蛍光体
が塗り分けられて
おり、各発光色に
対応して、３本の
電子銃が用いら
れ、別々に電子
ビーム強度が制
御される。
小林洋志「発光の物理」（朝倉書店）より
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
アパーチャグリル方式CRT
• FDトリニトロン管を含むトリニトロンブ
ラウン管は、R、G、Bの三原色からな
るカラー画像を正しく再現するために、
色選別機構（管面の蛍光体を発色させ
るため、R、G、Bの電子ビームを選別
する小さな孔の開いたフィルター）に縦
ストライプ状のアパチャーグリルを使
用しています。画面の上下方向に電子
ビームを遮るものがありませんので、
ピッチを狭めても明るく輝度の高い画
像を得られるという特長があります。ま
た、グリルは上下方向にテンション（張
力）を持たせていますので、ビーム照
射による熱膨張を吸収し、色ズレや色
ムラを起こしにくく、長時間安定した画
質を維持することができます。
ソニーのホームページより
www.sony.jp/.../Display/CRT/tech
nology/ Images/tech_3_1.gif
実用エレクトロニクスコーナー第３回
TVシステムとディスプレイ（３）
カラーＣＲＴの蛍光体
• 赤：Y2O2S:Eu
• 緑：ZnS:Cu,Al
• 青：ZnS:Ag
緑
青
発光強度
赤
400
500
600
波長[nm]
800
小林洋志「発光の物理」（朝倉書店）より
復習コーナー：トランジスタの特性
• VCEを一定にしてVBEを変化
させるとVth=0.6V付近から
急激にベース電流が増加す
る。(ダイオードの順方向特
性と同じ）
IB
B
VBE
C
E
VCE=6V
IB(A)
（１）VBE-IB特性
復習コーナー：トランジスタの特性
（２）VCE-IC特性
IB
B
VBE
C
IC
E
VCE
IC(mA)
• IBをパラメータとしてVCEを変化さ
せるとコレクタ電流ICが増加し、
VCEが大きくなるにつれ飽和する。
飽和電流値はIBの関数である。
復習コーナー：トランジスタの特性
（３）IB-IC特性
IB
C
E
IC
VCE
[mA]
• VCEを一定にしてIBを変化させ
るとコレクタ電流ICが直線的
に増加する。これを電流伝達
特性という。
• ICとIBの比を電流増幅率hFEと
いう。エミッタ接地の場合は
と表される。
B
[A]
復習コーナー：トランジスタの特性
トランジスタの最大定格
• VCB, VCE, VEB, IC, IBの最大
値の他、コレクタ損失
Pc=VCE×ICの最大値(許容
コレクタ損失)が重要である。
VCEやICが定格内でもPCが
許容コレクタ損失を超えると、
発熱のため暴走し破壊に到
る。
• また、接合の温度TJにも最
大許容値があり、これを超
えると破壊される。
トランジスタ回路
• 3つの接地方式
• エミッタ接地、ベース接地、コレクタ接地
エミッタ接地：最
も普通の増幅回路
ベース接地：低い
入力インピーダン
ス、高い出力イン
ピーダンス
コレクタ接地：高
い入力インピーダ
ンス、低い出力イ
ンピーダンス
エミッタ接地回路
• 最もよく用いられる回路：トランジスタ回路の基本
• 信号の入力：ベース・エミッタ間
• 信号の出力：コレクタ抵抗の両端
（交流信号に対しては、コレクタ・エミッタ間）
VCC
R1
B
入力信号 ベース回路
R2
コレクタ回路
C
特徴：入力インピーダンスは中程度
（数k）、出力インピーダンスは十分
高いので負荷抵抗R2で決まる。
電圧増幅率は300倍程度とれる
E
出力信号
E
(教科書p47参照)
トランジスタ回路
エミッタ接地の動作点を決める（教科書p.28）
• VBE-IB特性とベース回路の負荷曲線からグラフを
利用して、ベース回路の動作点を決める。
• VCE-IC特性とコレクタ回路の負荷曲線からグラフ
を利用して、コレクタ回路の動作点を決める。
トランジスタと抵抗の回路
エミッタ接地回路の動作点
エミッタ特性
コレクタ特性
C
B
E
注：ここでは説明のために、E2とE1
という２つの電源を使っているが、
普通は、電源は１つしか使わない。
• 上図のような特性のトランジスタ
で左図のような基本回路を組む。
動作させるには、BE間に順方向、
CB間に逆方向の電圧を加える。
動作点の決め方(1)ベース回路
• E1→R1（ベース抵抗）
• 負荷線とエミッタ特性の交
→B→Eを一巡する経路に
点が動作点K。
キルヒホッフの法則を適用。 • IB=40 [A], VBE=0.65[V]
• E1=R1IB+VBE
が得られる。
これよりIB=E1/R1-VBE/R1
• E1=1.5V, R1=22k代入
IB=68-45VBE [A]
• 一方トランジスタのVBEとIB
の間には図のエミッタ特性
が成立する。
動作点の決め方(2)コレクタ回路
• E1→R2（コレクタ抵抗）
→C→Eを一巡する経路にキ
ルヒホッフの法則を適用。
• E2=R2IC+VCE
これよりIC=E2/R2-VCE/R2
• E2=6V, R2=0.33k代入
IC=18-3VBE [mA]
• 一方トランジスタのVBEとIBの
間には図のコレクタ特性が成
立する。ベース回路より
IB=40[A]である。
• ベース電流40 Aに対するコ
レクタ特性と、負荷線の交点
から、IC=8[mA], VCE=3.3Vを
得る
実用回路でまなぶ
２石トランジスタラジオ （１）配線図
R2=560
Tr1,Tr2: 2SC1815
ダイオード
R4=82k
R1=82k
R5=470
• トランジスタ技術編集部編「実験と工作で学ぶ初めてのエレクトロ
ニクス」 CQ出版社2001年より
実用回路で学ぶ
２石ラジオのブロックダイアグラム
フェライトバー
アンテナ＋
同調回路
（並列共振回路）
コイルとバリコン
高周波
増幅回路
Tr1
(トランジスタ
エミッタ接地)
AM復調(検波)
回路
ダイオード
D1, D2
平滑
C3,R3
イヤホン
低周波信号を増幅
高周波信号を増幅
固定バイアス
低周波
増幅回路
Tr2
(トランジスタ
エミッタ接地)
検波
イヤホン
バリコン
カップリング
コンデンサ
フェライトバー
カップリング
コンデンサ
練習問題 動作点を決めよう
•
•
•
•
•
図(a)に示すベース特性、図(b)に示すコレクタ特性をもつトランジ
スタの動作点を決めたい。電源電圧VCC=10Vとする。
1. いま、R1=0.25M として、ベース電流Ib[A]とベース・エミッタ
間電圧VBE[V]の間になりたつ関係式を書け。
2. 図(a)に負荷線を書き込み、動作点VBE[V]、Ib [A]を決めよ。
3. いま、R2=0.5k として、コレクタ電流Ic[mA]とコレクタ・エミッタ
間電圧VCE[V]の間になりたつ関係式を書け。
4. 図(b)に負荷線を書き込み、動作点VCE[V]、IC[mA]を決めよ。
Ib
R2
Ic
R1
Vcc
3
1
C
2
VCE
VBE
4
図3(a) VBE-IB
図3(b) VCE-IC