バイアス

電子工学において、バイアスとは、時間変動信号を処理する電子部品の直流（DC）動作条件（電流と電圧）を設定することです。ダイオード、トランジスタ、真空管など、時間変動（交流）信号を処理する多くの電子機器は、正しく動作するために端子に一定の（DC）電流または電圧を必要とします。この電流または電圧をバイアスと呼びます。これらの機器に印加される交流信号は、このDCバイアス電流または電圧に重畳されます。

デバイスの動作点（バイアス点、静止点、またはQ点とも呼ばれる）とは、入力信号が印加されていない状態で、アクティブデバイス（トランジスタや真空管など）の特定の端子に発生する直流電圧または電流のことです。バイアス回路は、この定常電流または定電圧を供給するデバイス回路の一部です。

概要

電子回路において、「バイアス」とは通常、交流信号も存在する回路において、ダイオード、トランジスタ、真空管などの電子部品の端子に固定の直流電圧または電流を印加し、部品の適切な動作条件を確立することを指します。例えば、電子増幅器のトランジスタにはバイアス電圧が印加され、トランジスタが相互コンダクタンス曲線の特定の領域で動作するようにします。真空管の場合も、同様の理由でグリッド電極にグリッドバイアス電圧が印加されることがよくあります。

磁気テープ録音において、「バイアス」という用語は、音声信号に付加され、録音ヘッドに印加される高周波信号を指す場合にも用いられ、テープへの録音品質を向上させるために使用されます。これはテープバイアスと呼ばれます。

線形回路における重要性

トランジスタを用いた線形回路では、通常、正しく動作させるために特定の直流電圧と電流が必要であり、これはバイアス回路を用いて実現できます。慎重なバイアスが必要である例として、トランジスタ増幅器を考えてみましょう。線形増幅器では、小さな入力信号に対して、波形が変化することなく（低歪みで）、大きな出力信号が得られます。入力信号によって出力信号はQ点を中心に上下に変化し、その変化は入力信号に厳密に比例します。しかし、トランジスタの入力と出力の関係は動作範囲全体で線形ではないため、トランジスタ増幅器は線形動作を近似するにすぎません。低歪みを実現するには、出力信号の振幅によってトランジスタが極めて非線形な動作領域に陥らないように、トランジスタにバイアスをかける必要があります。バイポーラ接合トランジスタ増幅器の場合、この要件はトランジスタがアクティブモードを維持し、カットオフや飽和を避ける必要があることを意味します。MOSFET 増幅器にも同じ要件が適用されますが、用語が若干異なります。MOSFETはアクティブモードを維持し、カットオフやオーム動作を避ける必要があります。

バイポーラ接合トランジスタ

バイポーラ接合トランジスタの場合、バイアス点は、さまざまな回路技術を用いてQ点DC電圧と電流を設定し、トランジスタがアクティブモードで動作し続けるように選択されます。次に、バイアス点の上に小さな信号が印加されます。Q点は通常、DC負荷線のほぼ中央に位置し、トランジスタが飽和またはカットオフに達したときにクリッピングによる歪みを起こさずに、利用可能な最大のピークツーピーク信号振幅が得られるようにします。動作点を設定することによって、特定のDCコレクタ電圧で適切なDCコレクタ電流を得るプロセスは、バイアスと呼ばれます。

真空管（熱電子管）

グリッドバイアスとは、真空管の制御グリッドにカソードに対して印加される直流電圧であり、入力信号がゼロになる、または真空管の定常動作状態を確立するために使用されます。^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}必要なバイアス電圧は通常、プレート電流、プレート電圧、および制御グリッド電圧の関係を示す公開されている真空管特性曲線から決定されます。

一般的なクラスA 電圧増幅器、およびオーディオパワーアンプのクラスAおよび_AB1電力段では、DCバイアス電圧はカソード電位に対して負の値になります。瞬時グリッド電圧（DCバイアスとAC入力信号の合計）は、グリッド電流が流れ始める点には達しません。
汎用真空管を使用したクラスBアンプは、投影されたプレート電流カットオフポイントに対して負のバイアスがかけられます。クラスB真空管アンプは通常、グリッド電流（クラスB ₂）で動作します。バイアス電圧源は低抵抗で、グリッド電流を供給できる必要があります。^{[ 3 ]}クラスB用に設計された真空管を使用する場合、バイアスはゼロまで小さくすることができます。
C級アンプは、プレート電流カットオフをはるかに超える負のバイアス電圧が印加されます。グリッド電流は、入力周波数サイクルの180度よりもはるかに短い期間に発生します。

グリッドバイアスを実現する方法は数多く存在する。同一の真空管に対して、複数のバイアス方法を組み合わせることも可能である。選択されたバイアスによって、真空管の特性曲線上の静止動作点が決定され、ひいては増幅段の直線性、ゲイン、および許容信号振幅が決まる。

固定バイアス：DCグリッド電位は、適切な電圧源からのDCを通過させる適切なインピーダンスにグリッドを接続することによって決定されます。^{[ 2 ]}^{[ 4 ]}
カソードバイアス（自己バイアス、自動バイアス） - カソードと直列に接続された抵抗器の両端の電圧降下を利用します。グリッド回路のDC帰還は抵抗器のもう一方の端に接続され、DCグリッド電圧がカソードに対して負になります。^{[ 4 ]}
グリッドリークバイアス：クラスC動作のように、入力周波数サイクルの一部でグリッドが正に駆動されると、グリッド回路での整流と入力信号のグリッドへの容量結合により、グリッドに負のDC電圧が発生します。抵抗（グリッドリーク）により、結合コンデンサが放電され、DCグリッド電流が流れます。結果として生じるバイアス電圧は、DCグリッド電流とグリッドリーク抵抗の積に等しくなります。^{[ 5 ]}^{[ 4 ]}^{[ 6 ]}
ブリーダバイアス：プレート電圧電源の両端にある抵抗の一部にかかる電圧降下によってグリッドバイアスが決定されます。カソードは抵抗のタップに接続されています。グリッドは、プレート電圧電源の負側または同じ抵抗の別のタップへの直流経路を提供する適切なインピーダンスに接続されています。^{[ 1 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}
初期速度バイアス（接触バイアス）：初期速度グリッド電流は、通常1～10メガオームの範囲のグリッド-カソード抵抗を介して流され、グリッド電位をカソードに対して約1ボルト負にします。^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}初期速度バイアスは、入力信号電圧が小さい場合にのみ使用されます。^{[ 11 ]}

マイク

エレクトレットマイクロホン素子には、通常、マイクロホンから数メートル以内の他の電子回路を駆動するためのインピーダンス変換器として接合型電界効果トランジスタ（JFET）が含まれています。このJFETの動作電流は通常0.1～0.5mAで、バイアスと呼ばれることが多く、これは従来のコンデンサーマイクロホンのバックプレートを動作させるために48ボルトを供給するファンタム電源インターフェースとは異なります。^{[ 12 ]}エレクトレットマイクロホンのバイアスは、別の導体で供給される場合もあります。^{[ 13 ]}

参考文献

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1 2 Landee et al.、1957、 p. 2-28 .
↑ 「ファントム電源とバイアス電圧：違いはあるのか？」 2007年2月5日。 2009年9月8日にオリジナルからアーカイブ済み。
↑ IEC規格61938 （購読が必要です）

さらに読む

ボイルスタッド、ロバート・L.、ナシェルスキー、ルイス（2005）。電子デバイスと回路理論。プレンティス・ホール・キャリア＆テクノロジー。
PK、パティル。チトニス、MM (2005)。基本的な電気と半導体デバイス。パドケ・プラカシャン。
セドラ、アデル；スミス、ケネス（2004）。マイクロエレクトロニクス回路。オックスフォード大学出版局。ISBN 0-19-514251-9。

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[IEC_61938-13] IEC規格61938 （購読が必要です）

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線形回路における重要性

バイポーラ接合トランジスタ

真空管（熱電子管）

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関連項目

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