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バイポーラトランジスタ

バイポーラトランジスタ 半導体

バイポーラトランジスタとは

バイポーラトランジスタは、3個のN型・P型半導体を組み合わせたトランジスタです。

NPN型は、N型-P型-N型 という形でN型半導体でP型半導体を挟み込んで組み合わせた構造。
PNP型は、P型-N型-P型 という形でP型半導体でN型半導体を挟み込んで組み合わせた構造です。

NPN型の構造

バイポーラトランジスタは、「ベース」「エミッタ」「コレクタ」の3端子を持ち、ベースからエミッタに流れる電流(ベース電流)を増幅して、コレクタ-エミッタ間の電流を制御するのが主な機能です。

 

バイポーラトランジスタの特徴

バイポーラトランジスタと似た使い方をされるMOSFETと比較します。

 バイポーラトランジスタMOSFET
制御方法電流制御素子
(電流入力-電流出力)
電圧制御素子
(電圧入力-電流出力)
入力インピーダンス低い高い
使用電力多い少ない
スイッチング速度遅い早い
温度安定性低い高い
静電気強い弱い
高耐圧化用意激ムズ

 

バイポーラトランジスタの記号

バイポーラトランジスタのシンボルは、NPN型と、PNP型では、矢印の向きが逆になります。
この矢印は、ベース電流が流れる方向を示しています。

NPN型
ベース\(B\)から、エミッタ\(E\)に向かってベース電流が流れるので、\(B ⇨ E\)の矢印です。

PNP型
エミッタ\(E\)から、ベース\(B\)に向かってベース電流が流れるので、\(E ⇨ B\)の矢印です。

 

バイポーラトランジスタの動作

①ベース – エミッタ間に電源が接続されていないとき

ベース端子に何も接続せず、コレクタ(C)-エミッタ(E)間に\(V_{CE}\)の電源を接続します。

この時、C → E の方向に電界が発生します。
クーロン力によってN型のキャリアである電子はC側に移動し、P型のキャリアである正孔はE側に移動します。

そのため、ベース – コレクタ間に空乏層が発生するので、電流は流れません。

 

②ベース – エミッタ間に電源\(V_{BE}\)を接続したとき

電源\(V_{BE}\)から、ベース電流\(I_B\)がP型半導体に流れ込みます。
ベース電流が流れ込むことによって、P型に正孔が補充されます。
補充された正孔は、P型と\(N^+\)型の境目で電子とくっついて打ち消し合います。

P型半導体の層は薄い膜です。
ベースのP型半導体の正孔の濃度は、エミッタの\(N^+\)の電子濃度よりも薄いです。

そのため、ベース電流によってエミッタからベースに流れ込んだ電子のうち、正孔と結合しなかった電子が、コレクタまで達します。

これが、コレクタ電流\(I_C\)となります。

 

 

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