トランジスタの種類と動作について

2020年11月14日2022年7月30日

トランジスタは私も最初の頃､構造や原理を理解しているつもりで問題を解くが不正解となることが多く､苦労したのを覚えています。

電験3種の試験にもよく出題されることが多いので､しっかり理解しておきましょう。

今回はこの『トランジスタ』の種類や動作について説明していきたいと思います。

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トランジスタとは

トランジスタの代表的なものは以下2種類です。

接合型トランジスタ(バイポーラトランジスタ)

※以下バイポーラトランジスタで説明します。

下記がバイポーラトランジスタの図記号になります。

・NPN型トランジスタとは・・・薄いP型半導体を両側からN型半導体で挟みこんだもの

下記がNPN型トランジスタの電流を流した時の構造です。ベースとコレクタ､エミッタから構成されています。

【動作説明】

ベース電流IBがある一定の電流値以上になるとコレクタ電流が流れる。

この時にベース電流が大きくなると誘い出される電子が多くなるため､コレクタ電流も大きくなる。

ですのでわずかなベース電流の変化でもコレクタ電流の大きな変化となり､これをトランジスタの『増幅作用』と言います。

また､ベース電流をON/OFFすれば､コレクタ電流もON/OFFでき､これがトランジスタの『スイッチング作用』です。

・PNP型半導体とは・・・薄いN型半導体を両側からP型半導体で挟みこんだもの

PNP型の場合も加える電圧の方向が逆向きになり正孔が移動する事になり､同じ事が起こります。

関連記事：『ダイオードとは何？リレーのサージ対策にも使える！？』

電界効果トランジスタ(FET)

・『接合型FET』

下記が『接合型FET』の図記号と動作図です。

下記が『Nチャネル型FET』です。

【動作説明】

P型の部分の電極を『ゲート』､N型の両端に備えられた電極をそれぞれ『ドレイン』と『ソース』という。

ゲートとソース間に電圧が与えられていなく､ソースとドレイン間に電圧がかかっている場合には電子がドレイン側に移動することでドレイン電流が流れる。(ON状態)

このON状態でゲートとソース間に逆方向電圧をかけるとダイオードと同じように空乏層は広がっていきチャネル(電子の通り道)が狭くなりドレイン電流が抑えられる。

つまり､ゲート電圧でドレイン電流を制御できます。

また､ゲート電圧を高める事でチャネル(電子の通り道)がなくなっていきドレイン電流が流れなくなる。

これにより『スイッチング作用』も行える。

ここまでで説明した接合型FETはチャネルにN型半導体を使用するので『Nチャネル型FET』というが､N型とP型の配置が逆のFETもあり『Pチャネル型FET』といいます。

・『MOS型FET』

下記が『MOS型FET』の図記号と動作図です。

下記が『Nチャネル型MOS』です。

【動作説明】

ゲート､ソース間に電圧を印加していない状態だとドレイン電流は流れないが､電圧を印加することでゲートの絶縁膜直下にP型半導体内の電子が引き寄せられ､電子によるNチャネル領域が形成される。

その結果N型半導体のみになりドレインからソースに『ドレイン電流』が流れるようになる。

上記で説明したものはN型半導体を使用するので『Nチャネル型MOS』と言い､N型とP型の配置が逆のものを『Pチャネル型MOS』と言う。

関連記事：『【電験3種】有効電力､無効電力､皮相電力とは？また力率についてもわかりやすく解説』

まとめ

トランジスタは工場内でのセンサーやインバーターなどいろんな機器で使用されています。

バイポーラトランジスタは『電流制御』でFETは『電圧制御』となっているので間違わないようにしてくださいね。

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