トランジスタのエミッタホロワ（電圧利得１）が理解できません。

質問

こんばんは。
趣味で、電子工作を始めました。
未だ初心者です。
トランジスタについての質問です。
トランジスタのエミッタホロワ
というものが、どうしても
理解できません。
特に、なぜ、電圧利得が１なのか、
分かりません。
普通に考えて、
コレクタ、エミッタ間に流れる電流は、
大きくなっているはずです。
とすれば、
コレクタに抵抗を置こうが、エミッタに
抵抗を置こうが、電圧は、I*Rで、
コレクタホロワでもエミッタホロワ
でも等しく、ベース電圧より、
大きくなっている
はずだと思います。

今までは、強引に、
エミッタホロワの回路で、
エミッタに電圧が大きくかかれば、
ベース電圧が下がり、コレクタ電流を
下げる方向に働くので、
結果的に、電圧利得が１になる、
と考えていましたが、
正しいのでしょうか。

とにかく、ここで、
止まってしまいます。
何か分かる人がいましたら、
よろしくお願いします。

回答No.2

candle2007

バイポーラトランジスタにおいては、ベースーエミッタ間電圧は基本的に0.7Vです。
（トランジスタによって、また動作電流によって、0.65～0.75Vくらいの差はありますが、同一トランジスタならそれほど大きく変ることはありません）

今仮に、コレクタ電圧 12V, ベースバイアス電圧6.7Vで、エミッターGND間に100Ωの抵抗が入っているとします。
そうすると、エミッタ電圧・電流は、
　エミッタ電圧　=(6.7-0.7)V=6V
　エミッタ電流　=6V/100Ω=60mA
となり、エミッタは電源電圧とGNDとの中点電位に保たれます。（注１）

ここで、4Vrmsの交流信号がベースに入ってきたと仮定します。
(トランジスタ側の入力インピ－ダンスより、ドライブ側の出力インピーダンスの方が十分低いことが条件)

そうすると尖頭値は、
　=4Vx1.41=5.6V　上昇しますから、
　ベース電圧尖頭値=6.7+5.6=12.3V
よってエミッタ電圧は、　
　12.3-0.7=11.6V　となります。
　（電源電圧いっぱいに上がっていることに注目・・・すなわちトランジスタのコレクターエミッタ間電圧は僅か0.4Vしかない・・・この状況を「トランジスタが飽和した」という）　

次の半サクルで、今度はベース電圧は、
　6.7-5.6=1.1V まで下がります。
よってエミッタ電圧・電流は、
　エミッタ電圧　=(1.1-0.7)V=0.4V
　エミッタ電流　=0.4V/100Ω=4mA
これは「トランジスタが（殆ど）遮断」した状態です。

説明がちょっと脱線しましたが、この入力振幅最大・最小の間において、「ベースーエミッタ間電圧は不変(0.7V)」であることに注目してください。
すなわち、「エミッタ電圧はベース電圧に追随して変化する=利得１」なわけです。

注１　この説明にはちょっと論理の飛躍があります。
　それは電流増幅率：hFEの役割を省略している点です。
　実際には、60mAの電流を流す為には、「もしベース電流が0.5μAの供給能力しかなければ、
　hFEは120以上なければならない」ということになります。
　ただ、これはベースバイアスを設計するときの問題であり、コレクターエミッタ間電圧の設計（電圧配分）には、[0.7V差]を持ってくるほうが手っ取り早いので、こういう説明にさせていただきました。