トランジスタの仕組みと動作原理

現代のエレクトロニクスおよび電気工学におけるバイポーラ トランジスタの実用的な重要性は、どれだけ強調してもしすぎることはありません。バイポーラ トランジスタは、今日どこでも使用されています。信号の生成と増幅、電気コンバータ、受信機と送信機、その他多くの場所で、非常に長い間使用されています。

したがって、この記事の枠内では、バイポーラ トランジスタのあらゆる応用分野には触れず、1950 年代からエレクトロニクス産業全体とエレクトロニクス業界全体を変革したこの素晴らしい半導体デバイスのデバイスと一般的な動作原理についてのみ検討します。 1970 年代以降、技術進歩の加速に大きく貢献しました。

バイポーラ トランジスタは、ベースとして導電率が変化する 3 つのベースを含む 3 電極の半導体デバイスです。このように、トランジスタにはNPN型とPNP型があります。トランジスタを構成する半導体材料は主にシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素などです。

シリコンやゲルマニウムなどは最初は誘電体ですが、不純物を加えると半導体になります。シリコンにリン（電子供与体）などを添加するとシリコンはN型半導体になり、ホウ素（電子受容体）をシリコンに添加するとシリコンはP型半導体になります。

その結果、N型半導体は電子伝導を持ち、P型半導体はホール伝導を持ちます。ご存知のとおり、導電率は活性電荷キャリアの種類によって決まります。

したがって、P 型半導体と N 型半導体の 3 層パイは本質的にバイポーラ トランジスタです。各層には、エミッタ、コレクタ、ベースと呼ばれる端子が接続されています。

ベースは導電性制御電極です。エミッタは、回路内の電流キャリアの源です。コレクタは、デバイスに印加される EMF の作用により電流キャリアが流れる方向の場所です。

図中のNPNバイポーラトランジスタとPNPバイポーラトランジスタでは記号が異なります。これらの名称は、電気回路内のデバイスとトランジスタの動作原理のみを反映しています。矢印は常にエミッタとベースの間に描画されます。矢印の方向は、ベースエミッタ回路に供給される制御電流の方向です。

したがって、NPNトランジスタでは、矢印はベースからエミッタを指します。これは、アクティブモードでは、電子がエミッタからコレクタに殺到する一方、制御電流はベースからエミッタに向けられる必要があることを意味します。

PNP トランジスタでは、これはまったく逆です。矢印はエミッタからベースに向かっています。つまり、アクティブ モードでは、正孔がエミッタからコレクタに流れ込みますが、制御電流はエミッタからベースに向かう必要があります。ベース。

なぜこれが起こるのか見てみましょう。 NPN トランジスタのエミッタに対して正の一定の電圧 (約 0.7 ボルト) がベースに印加されると、この NPN トランジスタのベース-エミッタ pn 接合 (図を参照) が順バイアスされ、トランジスタ間の電位障壁が働きます。コレクタ接合 - ベースとベース エミッタが減少し、コレクタ - エミッタ回路内の EMF の作用下で電子がそこを通って移動できるようになります。

十分なベース電流があれば、この回路内でコレクタ - エミッタ電流が発生し、ベース - エミッタ電流と一緒に集まります。 NPNトランジスタがONになります。

トランジスタのコレクタ電流と制御電流（ベース）の関係を電流ゲインといいます。このパラメータはトランジスタのマニュアルに記載されており、単位から数百まで変化する可能性があります。

PNP トランジスタのエミッタに対して一定の負の電圧 (-0.7 ボルト程度) がベースに印加されると、この PNP トランジスタの np ベース-エミッタ接合は順方向にバイアスされ、コレクタとコレクタ間の電位障壁は、ベースおよびベース接合 - エミッタが減少し、コレクタ - エミッタ回路の EMF の作用下で正孔がそこを移動できるようになります。

コレクタ回路への電源の極性に注意してください。十分なベース電流があれば、この回路内でコレクタ - エミッタ電流が発生し、ベース - エミッタ電流と一緒に集まります。 PNP トランジスタがオンになります。

バイポーラ トランジスタは、アンプ、バリア、スイッチなどのさまざまなデバイスで一般的に使用されます。

ブーストモードでは、ベース電流が保持電流を下回ることはなく、トランジスタは常にオープン導通状態に保たれます。このモードでは、低いベース電流の発振が、はるかに高いコレクタ電流で対応する発振を開始します。

キー モードでは、トランジスタが閉状態から開状態に切り替わり、高速電子スイッチとして機能します。バリアモードでは、ベース電流を変化させることでコレクタ回路に含まれる負荷電流を制御します。

以下も参照してください。トランジスタ電子スイッチ - 動作原理と回路図