《理論》〈電子回路〉[H27:問13]バイポーラトランジスタを用いた電力増幅回路に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★★★☆(やや難しい)

バイポーラトランジスタトランジスタを用いた電力増幅回路に関する記述として,誤っているものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

(1) コレクタ損失とは,コレクタ電流とコレクタ・ベース間電圧との積である。

(2) コレクタ損失が大きいと,発熱のためトランジスタが破壊されることがある。

(3) \(\mathrm {A}\)級電力増幅回路の電源効率は,\(50%\)以下である。

(4) \(\mathrm {B}\)級電力増幅回路では,無信号時にコレクタ電流が流れず,電力の無駄を少なくすることができる。

(5) \(\mathrm {C}\)級電力増幅回路は,高周波の電力増幅に使用される。

【ワンポイント解説】

バイポーラトランジスタの電力増幅回路についての問題ですが,この分野でこのレベルの問題を出題されると厳しいと思います。大学等で電子回路を学習している方であれば,難なく解けるかもしれません。

1.\(\mathrm {A}\)級電力増幅回路
図1のようにバイポーラトランジスタ増幅回路の動作点を入力信号が全て出力されるように直流電圧をかける方法です。この方法では,出力がほぼ正弦波になり,波形の乱れが少なくなる特徴がありますが,コレクタ電流が常時流れるので,発熱が大きく効率も悪くなるという欠点があります。

2.\(\mathrm {B}\)級電力増幅回路
図2のように,バイポーラトランジスタ増幅回路の入力信号の半分のみ増幅させるよう動作点を選定する方法です。出力は半サイクル分しか現れず,\(V_{\mathrm {BE}}―I_{\mathrm {C}}\)曲線の立ち上がり部での動作となるため,出力の乱れが大きくなります。しかし,無信号時にコレクタ電流が流れないので\(\mathrm {A}\)級電力増幅回路より,電源効率は良くなります。

3.\(\mathrm {C}\)級電力増幅回路
図3のように,\(V_{\mathrm {BE}}\)に負のバイアスをかけ,入力の一部のみを出力させるように動作点を選定する方法です。これにより,出力の波形はひずみが最も大きくなりますが,効率は最もよくなります。高周波電力増幅回路に使用されます。

【解答】

解答:(1)
(1):誤り
コレクタ損失とは,コレクタ電流とコレクタ・ベース間電圧との積ではなく,コレクタ電流とコレクタ・エミッタ間電圧との積です。

(2):正しい
問題文の通り,発熱があると素子は破壊される可能性があります。

(3):正しい
ワンポイント解説「1.\(\mathrm {A}\)級電力増幅回路」の通り,コレクタ損失が大きいので,電源効率は\(50%\)以下となります。

(4):正しい
ワンポイント解説「2.\(\mathrm {B}\)級電力増幅回路」の通り,無信号時にコレクタ電流が流れないので電力の無駄を少なくすることができます。

(5):正しい
ワンポイント解説「3.\(\mathrm {C}\)級電力増幅回路」の通り,\(\mathrm {C}\)級電力増幅回路は高周波電力増幅回路に使用されます。