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BJT トランジスタバイアスポイント計算ツール

コレクタ電流、ベース電圧、VCE、電力損失、および動作領域を含むBJT分圧器のバイアスのQ点を計算

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公式

Vth=VCC×R2/(R1+R2),IC=(Vth−VBE)/(RE+Rth/β)V_th = V_CC × R2/(R1+R2), I_C = (V_th − V_BE) / (R_E + R_th/β)
V_th— テブナンベース電圧 (V)
R_th— テブナン塩基抵抗 (Ω)
I_C— コレクタ電流 (A)
V_CE— コレクター-エミッター間電圧 (V)
β— 電流ゲイン

仕組み

BJTバイアスポイント計算機は、オーディオアンプ、RFステージ、およびディスクリートトランジスタ回路に不可欠なリニアアンプ設計のDC動作点（Qポイント）を計算します。アナログ設計者、オーディオエンジニア、RF エンジニアは、これを使用してリニア動作用のコレクタ電流 (Ic)、ベース電流 (Ib)、およびコレクタ-エミッタ間電圧 (Vce) を計算します。ホロウィッツ＆ヒルの「アート・オブ・エレクトロニクス」（第3版、第2章）によると、Qポイントは小信号パラメータ、つまりトランスコンダクタンスgm = Ic/25mV（25°C）、入力インピーダンス r_π = β/gm, 、電圧ゲインAv =-gm×Rcという小信号パラメータを決定します。ベータ (β またはhFE（またはhFE）は、一般的なトランジスタでは50〜300℃の変動があり、60°Cの温度上昇ごとに2倍変化するため、安定した動作にはベータに依存しないバイアス（分圧器バイアス）が不可欠です。

計算例

2N3904 (β = 100-300 (通常は200)、Vcc = 12Vを使用して、Ic = 1mA、Vce = 6Vのコモンエミッタアンプを設計します。分圧器バイアスが安定性をもたらします。Vce = 6V (最大振幅は Vcc の 50%) を選択します。Rc = (Vcc-Vce-Ve)/(Ic); 熱安定性を得るには Ve = 1V を選択してください (熱電圧の 10 倍)。Rc = (12V-6V-1V) /1mA = 5kΩ. Re = 1V/1mA = 1kΩ. ベータ安定バイアスの場合、分圧器電流 = 10×Ib = 10× (1mA/200) = 50μA. Vb = Ve + 0.7V = 1.7V。R2 = 1.7V/50μA = 34kΩ → 33kΩ (E24)。R1 = (12V- 1.7V)/50μA = 206kΩ → 200kΩ (E24)。 β のバリエーション 100-300 では、JEDECアプリケーションガイドラインに従ってこのトポロジーを使用しても、Icは± 10% しか変化しません。

実践的なヒント

  • ✓ベータ安定動作を実現するには、分圧器電流= 10×Ibの分圧器バイアスを使用してください。これにより、Vbはトランジスタのベータではなく分圧器によって設定されます。
  • ✓熱安定性のためにエミッタ抵抗Reを内蔵しています。Re全体で1V降下すると熱暴走が制限されます。 10μF コンデンサでバイパスしてACゲインを維持します。
  • ✓オーディオステージでは、最適なノイズ性能を実現するためにIc = 1-5mAのバイアスをかけてください。2N3904は、ON Semiデータシートに従ってIc = 100μA で1.4dBの最小ノイズ指数を達成します

よくある間違い

  • ✗固定ベースバイアスの使用（Rbのみ）— Icは β; aで直接変化します。3倍のベータスプレッドにより、3倍の電流変動が発生します。± 10% の安定性を確保するには、必ず分圧バイアスを使用してください。
  • ✗エミッタの変性なしにVceをVcc/2に設定すると、熱暴走が発生する可能性がある。負帰還と熱安定性を実現するRe = 0.5-1V/Icを含む
  • ✗Vbeの温度係数を無視 — Vbeは2mV/℃低下し、50℃上昇するとVbeは100mV低下し、補償なしでIcが100mV/Re増加する

よくある質問

バイアスをかけると、アクティブ領域での線形動作の DC 動作点 (Ic, Vce) が設定されます。適切なバイアスがないと、トランジスタはカットオフ (出力なし) または飽和 (クリップ出力) のどちらかになります。クラスAのオーディオの場合、QポイントはVccの 50% で、Icを所望のgm = 25°CでIc/26mVに設定する必要があります。
Vbeは2mV/℃低下し（Icは増加し）、 β は〜0.5％/℃増加します。これらを合わせると、Icは安定せずに35〜50℃あたり2倍になります。エミッタ縮退抵抗 Re は負のフィードバックを発生しますが、 ΔIc×Re は Vbe の変化とは反対です。50°Cの範囲で 10% 未満のIcドリフトを実現するために、Veが1Vを超えるように設計してください。
対称スイングを最大にするには、Vce を Vcc の 40～ 60% に設定します。Ic によって gm と帯域幅が決まります。Ic が高いほど gm が高いほど、ゲインは大きくなりますが、出力は大きくなります。2N3904 の場合、1mA は gm = 38mS、ft = 200MHz、10mA は gm = 380mS ですが、Vce = 6V での電力損失は 60 mW になります。
ベータは塩基のドーピング濃度と形状によって異なります。製造上のばらつきにより、2〜5倍の拡散が発生します。2N3904では、JEDEC登録でIc = 10mA、Vce = 1Vで β = 100-300が規定されています。飽和を防ぐために、常に最小ベータになるように設計し、最大ベータ値で検証してください。

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