45AM15｜第45回 第2種ME技術実力検定試験 過去問

正答

4

この問題のポイント

この問題では、トランジスタ回路の直流動作点 を読み取ります。

図では、ベースが 2 V に固定され、ベース・エミッタ間電圧が V_BE = 0.6 V と与えられています。

まず エミッタ電圧 を求め、次にエミッタ抵抗から電流を求め、最後にコレクタ抵抗 5 kΩ の電圧降下から V_C を求めます。

解説

図のトランジスタは、ベース電圧が 2 V に固定されています。

ベース・エミッタ間電圧は、

V_BE = 0.6 V

です。

NPNトランジスタでは、

V_BE = V_B - V_E

なので、エミッタ電圧 V_E は次のように求められます。

V_E = V_B - V_BE

V_E = 2.0 V - 0.6 V

V_E = 1.4 V

エミッタには 1.4 kΩ の抵抗が接続されています。

したがって、エミッタ電流 I_E は、

I_E = V_E / 1.4 kΩ

I_E = 1.4 V / 1.4 kΩ

I_E = 1.0 mA

問題文では、ベース電流による電圧降下は無視できるとされています。したがって、ベース電流は十分小さいと考え、

I_C ≒ I_E

としてよいです。

よって、コレクタ電流 I_C はおよそ 1.0 mA です。

コレクタ側には 5 kΩ の抵抗があり、上側は 10 V 電源につながっています。5 kΩ に生じる電圧降下は、

電圧降下 = I_C × 5 kΩ

電圧降下 = 1.0 mA × 5 kΩ

電圧降下 = 5.0 V

したがって、コレクタ電圧 V_C は、

V_C = 10 V - 5.0 V

V_C = 5.0 V

よって、正答は 4．5.0 です。

図で見るポイント
左の 2 V 電源でベース電位が決まります。V_BE = 0.6 V なので、エミッタは 1.4 V になります。エミッタ抵抗 1.4 kΩ に 1.4 V がかかるため、電流は 1 mA と読めます。

ひっかけポイント
いきなり 10 V と 5 kΩ だけで考えるのではなく、まずベース電圧と V_BE からエミッタ電圧を求めます。トランジスタ回路では、ベース、エミッタ、コレクタの順に電位と電流を追うとミスが減ります。

選択肢の確認

1．0.7
誤り。
0.7 V は一般的なシリコントランジスタの V_BE と混同しやすい値です。この問題では V_BE = 0.6 V と明示されており、求めるのは V_BE ではなくコレクタ電圧 V_C です。

2．1.5
誤り。
1.5 V は、ベース電圧 2 V から V_BE を差し引いたエミッタ電圧に近い値として考えてしまいやすい選択肢です。しかし正しくは V_E = 2.0 V - 0.6 V = 1.4 V であり、さらに求めるのは V_E ではなく V_C です。

3．2.5
誤り。
2.5 V になるには、5 kΩ の抵抗で 7.5 V の電圧降下が必要です。その場合のコレクタ電流は 1.5 mA になります。しかしこの回路では、エミッタ抵抗から求まる電流は約 1.0 mA です。

4．5.0
正しい。
ベース電圧は 2 V、V_BE は 0.6 V なので、エミッタ電圧は 1.4 V です。エミッタ抵抗 1.4 kΩ により電流は 1.0 mA となります。コレクタ抵抗 5 kΩ の電圧降下は 5.0 V なので、V_C = 10 V - 5.0 V = 5.0 V です。

5．7.5
誤り。
7.5 V になるには、5 kΩ の抵抗で 2.5 V の電圧降下となり、コレクタ電流は 0.5 mA になります。しかし、エミッタ側から求まる電流は約 1.0 mA なので一致しません。

覚えるポイント

• NPNトランジスタでは V_BE = V_B - V_E。
• この問題では V_E = 2.0 V - 0.6 V = 1.4 V。
• エミッタ電流は I_E = 1.4 V / 1.4 kΩ = 1.0 mA。
• ベース電流を無視できるとき、I_C ≒ I_E。
• コレクタ抵抗の電圧降下は 1.0 mA × 5 kΩ = 5.0 V。
• よって V_C = 10 V - 5.0 V = 5.0 V。