トランジスタの基礎【増幅回路とスイッチ機能】

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電気
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トランジスタはp型半導体とn型半導体でサンドしたような構造になっています。
挟み込んだ順番でnpn型とpnp型に分けられます。
半導体の組み合わせで機能を持つものはダイオードなどがあります。

三種類の端子があり電流を増幅する働きを持ちます。

スイッチ機能と増幅機能があります

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トランジスタの構造

npn型トランジスタ

pnp型トランジスタ

三つの端子はエミッタ(E)、コレクタ(C)、ベース(B)といいます。
エミッタ端子の矢印の向きが電流の向きを表していると考えます。

二つのpn接合があり、エミッタ-ベース間をエミッタ接合、コレクタ-ベース間をコレクタ接合といいます。
トランジスタの構造において重要なのは挟まれた真ん中の領域がとても薄く作られていることです。薄く作られているのでキャリアが飛び越えることができるようになっています。

ベースに流れる電流によってトランジスタをオンオフさせることができます。

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トランジスタの動作原理

ベースエミッタ間に流れた電流でコレクタエミッタ間の大電流をオンオフ制御します。

npn型ではベース→エミッタ方向、pnp型ではエミッタ→ベース方向に電流が流れます。

トランジスタをオンオフさせるにはエミッタの矢印方向に流れるような向きの二つの電源回路が必要です。

npn型トランジスタを例にして動作原理を説明します。
ダイオードの動作原理を先に読んでおくと理解しやすくなります。


黄色い部分が空乏層です。

ベース-エミッタ間に順電圧を加えると
空乏層が狭くなりキャリアの移動がしやすい
状態になります。

 

青い点は電子
赤い点は正孔です。

電流の流れる向きは電子の流れの逆方向です。

エミッタから多くの電子(キャリア)がベース領域に供給されます。
その時、電子と正孔と結合して消滅します。消滅した正孔は直流電源よりベース電流IBとして補給されます。

ベース領域(ベース領域はとても薄く作られている)で正孔と結合できなかった電子はベース-コレクタ間の空乏層を飛び越えてコレクタ領域に到達します。

Vccから供給される正孔と飛び込んできた電子が結合できるようになり、コレクタ電流Ic
が流れるようになる。

エミッタにはVccから電子が供給されてエミッタ電流IEが流れる。

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スイッチング作用

トランジスタにはスイッチング作用があります。

ベース電流をオンオフさせることでコレクタからエミッタに流れる電流を制御することができます。

トランジスタはベース電流に比べて大きなコレクタ電流を流すことができます。
小さい電流で大きな電流の制御が可能になるので大きい負荷の動作を小さいベース電流のオンオフで制御が可能になります。

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