トランジスタの交流負荷について

質問

トランジスタの交流に対する負荷に対する質問です。
図にあるとおり、解説では、
『交流負荷Rは....並列合成抵抗になる』とありますが、
図を見る限り、直列合成抵抗では無いのかなぁと思っています。
何故、並列合成抵抗になるのか、回答よろしくお願いいたします。

回答No.8

soramist · ベストアンサー

[電源インピーダンスの考え方]

　＋ーーーーーーーーーーーー
　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
電源　　　　　　 Ｃ　　　　　　　負荷（電子回路）
　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
　｜　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜
　GNDーーーーーーーーーーー

Ｃは、電源側にあれば「平滑コンデンサ」、負荷側（電子回路、増幅回路）側に
あれば「バイパスコンデンサ」と呼ばれるものです。
コンデンサは直流に対しては無限大の抵抗を持ちます。（理論的には）
つまり、「（＋/GND間は）絶縁されている」と考えてよいです。

しかし、交流に対しては、周波数が高くなるほどインピーダンス（交流抵抗）が小さく
なってきます。
これがANo.6に書いた　Zc=1/(2πfc)　の式です。
例えば100μFは、50Hzでは32Ωのインピーダンスになります。
1,000μFでは3.2Ω、すなわち、殆どショートとみなされます。
（ANo.1,2,3に書かれているのはすべてこのことを言っています）

こまめに補足を書き込まれる熱意にほだされ、ここまでズルズルとのめりこんで
しまいましたが、この質問への回答は、これくらいで勘弁してください。
未だおわかりにならないことがありましたら、ご諸兄方のご回答も併せ熟読され、
あらためて質問を立ててください。

お礼

たびたび回答いただきありがとうございます。
経験するうちに、身に着けていこうと思います。
そしたら、あの人の言っていたことはこうだったのかと...
分かるときがくると思います。

親切にありがとうございました。

回答No.7

soramist

>ただ、その間にコンデンサ(コイル、抵抗)が入ると、その容量(インピーダンス)は、目的の回路によって考慮が必要です。
ということでしょうか？

そういうことです。

補足

回答ありがとうございます。
追加で質問なのです。

しかし、NO.1さんの回答で、
『両方ともＧＮＤだと思ってしまってよいです』
ということは、
+/-側が同時にGNDになる条件があるということでしょうか？

たびたび申し訳ありませんが、回答よろしくお願いいたします。

回答No.6

soramist

ご返事が遅くなってすみません。
再質を見落としておりました。

>交流信号を考えるとき『＋Ｖはグラウンドと同じ』というのもちょっと理解しがたいです。

No.1のお礼欄への書き込みを見て、完全に理解しておられるのかと、思ったのですが、
今、見てみると、その後に「何故『交流信号を考えているときには、ＤＣの点は全て
グラウンドだと思ってしまってよいです』と思うのかどうかがちょっとわかりませんが....」
と書いておられますね？
見落としておりました。
すみません。(-_-;)

電源＋/-間には大容量のコンデンサが入っているでしょう？
これで、電源＋/-間は（交流的には）ショートされた・・・と考えます。
しかし、このコンデンサの容量が、目的に対して十分低いインピーダンスになる
ような値でないと問題になることがあります。
例えば100μFは、50Hzでは32Ωのインピーダンスになります。
　　Zc=1/(2πfc)
これはかなり高いインピーダンスです。
50Hzまで十分に再生したい回路では、もう１桁容量を大きくする必要があるでしょう。

>『「GNDでないDCの箇所」はいっぱいあります。』というのはどういう意味でしょうか？

Trのベースや、その手前のコンデンサ（入力側）、出力側コンデンサを出たところも
「GNDでないDCの箇所」でしょう？
しかし、これらは「GNDと同じ」と考えるわけにはいきません。
（回路図がないのでよくわかりませんが「可能性がある」ということです）

No.1さんのおっしゃりたいことはわかりますが、この質問者さんのレベル（失礼）に
対して、こういう言い方では誤解されると思い、あえて書き込みさせていただきました。
（ANo.1さん、すみません）

わたしはいつも、質問文を熟読し、質問者さんのレベルに最適な内容を書き込むように
努力しています。
しかし、相手のレベルを全く考えず、ひたすら自分のしゃべりたいことだけを
書き込む方もおられますね。
困ったものです。

補足

詳細な回答を頂きありがとうございます。

この回路図について、まとめると...
交流電源を+/-間に供給すると、電源間はショートされる。
ただ、その間にコンデンサ(コイル、抵抗)が入ると、その容量(インピーダンス)は、目的の回路によって考慮が必要です。
ということでしょうか？

しかし、NO.1さんの回答で、
『両方ともＧＮＤだと思ってしまってよいです』
ということは、
+/-側が同時にGNDになる条件があるということでしょうか？

すいません、理解能力が少なく・・・・
近くに質問できる相手(家族とか)が、いればよいのですが、技術的な知識をもっている人は減少傾向で大変残念です。

回答No.5

rabbit_cat

＞なぜ、＋ＶがＧＮＤになるのか
一度、きちんと、各ノードの電圧・電流の瞬時値がどうなるか、キルヒホッフの式をたてて、計算してみるといいのですが。

そうですね、簡単にいうと、交流信号というのは、つまり、
交流信号 ＝ 直流成分 ＋ 交流成分
の和として表わせます。
で、交流成分の振幅がものすごく小さいと思うと（普通、交流信号と書くと暗黙のうちにこういう前提が入ってます。「小信号」といってます）、全ての回路要素が近似的に線形として扱えることになるので、重ね合わせの原理が成り立ちます。
すると、交流信号 ＝ 直流成分 ＋ 交流成分 をある回路に入力したときの応答は、
１．直流成分のみを入力したときの応答（ＤＣ応答）
２．交流の小信号入力（直流入力からの差分）に対する応答が、上のＤＣ応答からどれだけずれているか
の２つの成分の和になります。この２の成分が、つまり求めたいものなわけですが、２の成分は、「上のＤＣ応答からどれだけずれているか」なんで、つまり、ＤＣ応答の時との差分だけを考えています。というわけで、計算上は、ＤＣ応答の計算結果を全て０だと思ってしまえばいいことになるわけです。
（言葉では説明できないです。実際に計算してみてください）
というわけで、ＤＣ応答を計算して出てきた値を全て０に書きかえてしまえるというのが、「ＤＣの点は全てグラウンドだと思ってしまってよい」の意味です。

補足

回答ありがとうございます。
ちょっとイメージに湧きませんでした。
どのようにキルヒホッフの式をたてていいのか分かりません。
問題集(教科書)によくある電池と抵抗の閉回路の式は作れるのですが・・・
何度もすいませんが、アドバイスお願いします。

回答No.4

soramist

>何故『交流信号を考えているときには、ＤＣの点は全てグラウンドだと思ってしまってよいです』と思うのかどうかがちょっとわかりませんが....

表現が間違っています。
「・・・ＤＣの点は全てグラウンド」ではなく、（図面が添付されている以上）「＋Ｖはグラウンドと同じ」と正確に表現すべきです。
（すなわち、あなたの解釈でよい）

「GNDでないDCの箇所」はいっぱいあります。(^_^;)

補足

交流信号を考えるとき『＋Ｖはグラウンドと同じ』
というのもちょっと理解しがたいです。
『「GNDでないDCの箇所」はいっぱいあります。』
というのはどういう意味でしょうか？

すいません、理解不足で...
回答よろしくお願いします。

回答No.3

KEN_2

課題に「・・・すなわち」と回答があるようですが、
交流でのトランジスタの負荷としては、コレクタの3kΩとコンデンサを通して見える
1.5kΩが交流負荷となります。
電源ラインとグランドラインは電位差はありますが、信号的にはグランドと同じに
なり、1.5KΩを接続しているコンデンサは交流的には0Ωとなり、
コレクタから見ると電源に接続された3KΩと1.5KΩの並列合成抵抗となります。

回答No.2

ymmasayan

最初につまづきやすい例ですね。
交流の場合コンデンサー短絡、電源短絡で考えます。
(とにかく交流一筋ですので)
従ってトランジスターから見た負荷は並列です。

これだけではインチキ臭いので、実際には直流回路と交流回路の重なった回路で「重ねの定理」が使えると思ってください。

交流回路って結構奥が深いんですよ。

回答No.1

rabbit_cat

本当は一度キルヒホッフの式を真面目にたてて計算してみるといいのですが。

交流信号を考えているときには、ＤＣの点は全てグラウンドだと思ってしまってよいです。つまり、図中のＧＮＤと、＋Ｖ[V]は、両方ともＧＮＤだと思ってしまってよいです。
すると、3kΩと1.5kΩは、両方ともトンらジスタのコレクタとグランドの間に入っている（並列抵抗）であることになります。

お礼

確かに、電源部をすべてGND側に考えると、3kΩと1.5kΩの抵抗は並列抵抗になりますね。
何故『交流信号を考えているときには、ＤＣの点は全てグラウンドだと思ってしまってよいです』と思うのかどうかがちょっとわかりませんが....
回答ありがとうございました。