2023-03-21

トランジスタの基礎

トランジスタの種類

大別すると、npn型、pnp型の2種類に分けられます。

1. 矢印は電流の流れる方向

2. 矢印の先端がn型半導体

3. B: ベース C: コレクタ　E: エミッタ

基本的な動作はベースに電流を流すことで、コレクタｰエミッタ間にも電流が流れます。npnとpnpで電流の向きは逆向きになります。

トランジスタの中の動作

npn型トランジスタを例に説明していきます。まずはベース電流を流さないとき。

C-B間に逆方向電圧が印可されるため、C-B間に空乏層が生じます。このため、コレクタからエミッタへの電子の移動がなく、電流は流れないことになります。

空乏層については「半導体って何？」をご覧ください。

ベース電流を流すと、

B-E間に順方向電圧が印可され、EからBへ向かって電子の移動が始まります。更にベース電流増やしていくと、エミッタからの電子の移動が勢いを増し、薄いベース層を突き抜けてコレクタ領域まで電子が移動します。この結果、コレクタからエミッタに向かって電流が流れることになります。コレクタ電流 ICはベース電流 IBに比べてより大きな電流を流すことができ、これを増幅といいます。

ここで、IBとICの比を直電流増幅率hFEといい、hFE = IC / IB で表します。

トランジスタの使い方

トランジスタを破壊しないために絶対最大定格は必ず守る。一般的に絶対最大定格は、この値を超えて使用すると、デバイスが破壊する可能性があるという値です。（トランジスタに限りません。）

1）コレクタ・ベース間電圧（VCBO）　コレクタｰベース間に電圧を加えていくと、トランジスタが壊れるほどのなだれ現状を生じ、Icが急に流れ出す。このときの電圧をVCBOという。使用する電源電圧の2倍以上を目安としてトランジスタを選定する。

2）コレクタ・エミッタ間電圧（VCEO)　コレクタｰエミッタ間の耐圧を表し、VCBOと等しいかそれ以下が一般的。

3）エミッタ・ベース間電圧（VEBO）エミッタ-ベース間電圧をpn接合ダイオードと考えると、ダイオードの逆耐電圧に相当し、エミッタ-ベース間に耐圧を表す。

4）コレクタ電流（IC） コレクタで流すことのできる直流の最大電流、または交流電流の交流値。使用電流の2倍以上を目安としてトランジスタを選定する。

5）許容損失（PD） コレクタ損失（PC)の許容値。コレクタ・エミッタ間で消費される電力で、コレクタ電流ICとコレクタ・エミッタ間電圧（VCE）との積、つまりPC=IC･VCEをコレクタ損失という。コレクタ損失は、コレクタ接合部において熱となるので、トランジスタ内部の温度上昇の原因となる。PDが定格以下でもICとVCEの最大定格を超えてはならない。

6) ジャンクション温度（Tj）ダイとの接合温度の最大値。

5)、6)については小信号用トランジスタであまり、問題になることはありませんが、パワートランジスタを使用する際には注意が必要です。スペックギリギリで使用するのではなく20％程度マージンを持ったトランジスタを選定しましょう。

　　以上

2022-11-05

半導体ってなに？

電気をよく通す導体と通さない絶縁体の中間にある物質が半導体で、半導体のうちシリコンがトランジスタ、ダイオード、ICなどの半導体素子に多く使われています。

10^-4～10^6[Ω･m]程度

さらに半導体は結晶構造から以下のように分類できます。

通常、半導体素子には真性半導体に不純物(ドナー）を混入させた不純物半導体が利用され、この不純物の種類によってp型半導体やn型半導体を生成できます。

ちなみにp型、n型はPositive、Negativeの意味ですが、電子が多いか、正孔（ホール）が多いかによって分類されます。回路設計でよく使われるnpnトランジスタやpnpトランジスタの元となります。トランジスの前に少しダイオードの動作についてですが、ダイオードは一般的にPN接合ダイオードでp型半導体とn型半導体によって構成されています。