Basic experiment of transistor amplifier
I and JH1ORV talked that we amateur must make the data bese about some basic circuits used on our transceiver about some years ago. In these days, 7N3WVM opened his experiment about VXO. Therefore I decided to open the data about the basic movement of an transistor amplifier.

トランジスターアンプの基礎的実験
インターネットを始める前から、ローカルのＪＨ１ＯＲＶ局と「我々アマチュアはもっと基礎的なデーターを積み上げて共通のデーターベースとすべきである。」とゆう論議をしていました。そういった中で、７Ｎ３ＷＶＭ局がインターネットでＶＸＯに関して基礎的なデーターを公開しました。そこで、私はアンプに関して基礎的データを発表する事にしました。

Audio Amplifire RC connection
ＲＣ結合オーディオ増幅器

Re Rc Ve Vc Ic=Ie vin vout gain
ohm ohm volt volt mA mVp-p Vp-p dB
15 30 0.8 10.8 53 50 1.2 28
82 164 1.5 9.5 18 32 2 40
41 82 1.1 10 27 22 2 39
240 480 1.5 9 6.25 20 2 40
5.1k 10.2k 1.8 8 0.35 20 2.6 42
20k 40k 2 8 0.1 20 2.8 43
220k 440k 2 8 0.009 20 2.5 42


At first step of this page, I made R-C connected amplifier. I examined the relationship between Ic and gain. Result is as follows. Gain is constant from Ic=27mA to 9uA. Hfe of 2SC1815 is constant while the Ic of it is changed. And smaller Ic is used with bigger Rc. Bigger Rc makes more voltage gain. Smaller Ic makes base impedance bigger. Bigger base impedance makes smaller voltage gain. Therefore The gain is constant while Ic changes. If you makes AMP with smaller Ic, you can use it with better power efficiency with normal gain and better noise.

まずは、上記の抵抗接続増幅器を組んで、動作点（コレクター電流をどれだけ流して使うか）と利得の関係を調べてみました。
結果
１．Ｐｃ限界の使い方をしない限り、コレクタ電流が２７mAから９uＡまで、ゲインはほぼ一定で、約４０ｄＢである。
２．東芝のカタログによれば、２ＳＣ１８１５は、直流増幅率の電流依存性に優れ、コレクター電流が変わってもhfeはかわらない。よって、少ない電流で動作させて、Ｒｃを大きくすれば、電圧増幅率は大きくなる様に思える。しかし結果はそうではない。これは、コレクター電流が減った結果入力インピーダンスhieが大きくなって、ベース電流が流れにくくなる為である。
３．小さなＩｃで動作させて、増幅率を上げるもくろみは失敗した。しかし、逆に小さなＩｃでもちゃんと増幅率はでるのだから、出力インピーダンスが大きくてもよければ、低消費電流で動作させたり、あるいは、低ノイズで動作させたりできる。
４．高周波直線増幅器で、経験的にある程度コレクター電流を流したほうが利得がでるのはこのベース内部抵抗の影響かも知れない。これに関しては後で実験する。

Audio power amplifier with output transformer
トランス出力オーディオ電力増幅器

Re Ve Ic=Ie vin vout gain voutmax Pomax
ohm V mA mVp-p Vp-p dB Vp-p mW
22 0.9 41 60 2 30 2 200
41 1.1 27 70 2 29 2 200
82 1.3 16 20 1 34 1.5 110
164 1.6 9.7 40 0.7 25 0.7 25
390 1.7 4.3 30 240m 18 240m 2.9
1.5k 1.9 1.3 20m 60m 10 60m 0.18
10k 1.9 0.19 20m 10m -6 10m 0.005


I changed Rc with transformer, and made power amplifier. With Re=41 ohm, I can make good single AMP having 200mW output power. Bigger Rc reduces Ic, and it reduces the gain and power. Maximum Ic makes maximum performance of this type amplifier.

次に、コレクター抵抗をトランスに変えて、シングル電力増幅器を組みました。
結果
１．Ｒｅ＝４１オーム程度が普通のＡ級シングル出力増幅器である。２００ｍＷはラジオ用としては十分な出力。
２．Ｒｅを大きくすると、Ｉｃが減って、入力インピーダンスが大きくなって、ゲインがへる。これは、ＲＣアンプと同じ。この場合、同時に最大出力も小さくなってしまう。尚、最大出力は、出力波形が目で見て明らかに歪み始めるポイントっとした。だいたい歪み１０％程度であろう。
３．出力トランス式Ａ級電力増幅器としては、とにかくコレクター定格ぎりぎりまで流してつかうのが、利得出力共に最良である。

Radio frequency amplifier with radio frequency transformer
高周波トランス式高周波増幅器

frequency = 1MHz

Re Ve Ic=Ie vin vout gain
ohm V mA mVp-p Vp-p dB
41 1.2 29 50 1500 30
150 1.5 10 25 1000 32
1.5k 1.8 1.2 10 30 10
10k 2 0.2 20 10 -6



I changed the transformer to the RF transformer made by FB801. The characteristic of this was the same as AF type.

次に、トランスをＦＢ８０１にエナメル線を自分で巻いた高周波トランスにかえて、入力信号も１ＭＨｚにかえて（シグナルジェネレーターより入力）、同じ特性を計りました。
結果も同じく、コレクター電流が、減るとゲインがへります。

Frequency charactoristics of a radio frequency amplifier
高周波トランス式高周波増幅器の周波数特性

frequency = 10MHz

Re Ve Ic=Ie vin vout gain
ohm V mA mVp-p Vp-p dB
41 1.2 29 25 1400 35
150 1.5 10 30 900 30
1.5k 1.8 1.2 30 100 10
10k 2 0.2 20 15 -2


frequency = 20MHz

Re Ve Ic=Ie vin vout gain
ohm V mA mVp-p Vp-p dB
41 1.2 29 15 750 34
150 1.5 10 20 450 27
1.5k 1.8 1.2 10 70 17
10k 2 0.2 10 4 -8


frequency = 50MHz

Re Ve Ic=Ie vin vout gain
ohm V mA mVp-p Vp-p dB
41 1.2 29 230 2400 20
150 1.5 10 300 1400 13
1.5k 1.8 1.2 450 190 13
10k 2 0.2 450 25 -25


frequency = 94MHz

Re Ve Ic=Ie vin vout gain
ohm V mA mVp-p Vp-p dB
41 1.2 29 200 1400 17
150 1.5 10 200 1000 14
1.5k 1.8 1.2 300 150 -6
10k 2 0.2 300 25 -22

I tried to change the frequency from 1MHz to 94Mhz. Also in this case, more Ic makes more gain. 2SC1815 (very cheep transistor sold 8 yens in Japan) can be used on 50Mhz with 20dB gain. But to this usage Ic must be more than 10mA. I made some 50MHz ssb transmitter driver and final with 2SC1815. In this usage not B-class but A class must be chosen of its idle current.

次に、先ほどと同じ回路で、入力周波数を変えてデーターを取りました
結果
１．Ｉｃが大きいほどゲインが大きい。これは、周波数特性が良くなって、フラットになるわけではなくて、元々の利得が大きくなる為である。さらにこれらのコレクター電流の異なる数種類の増幅器に負帰還をかければ、結果的に、高い利得の増幅器の方が、負帰還を掛けるだけの裸の利得の得られる周波数範囲が広くなって、周波数特性が良くなると解釈される。（ちょっとむずかしい）
２．Ｉｃ＝２９mAで使うと、５０ＭＨｚでも２０ｄＢの利得があり、十分に使える。２ＳＣ１８１５がｆｔ＝８０ＭＨｚと公称されるのは、Ｉｃが1mAで使った場合。
３．２ＳＣ１８１５を、５０ＭＨｚのＳＳＢトランシーバーの出力に使用する場合、Ａ級シングルで使うか、あるいは、プッシュプルでも十分にアイドル電流を流して、Ａ級プッシュプル（死語かな）で使用する必要がある。これは、電源利用率（電源効率＝出力電力と電源消費電力の比率）が悪くなるので、電源ＱＲＰ’ｅｒには好まれない。私は、回路の簡単さを重視する回路ＱＲＰ’ｅｒなので、これはＯＫとしています。

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