バイポーラトランジスタ

バイポーラ トランジスタは、電気伝導度の種類が交互に異なる 3 つの領域で構成され、信号を増幅するように設計された半導体デバイスです。

バイポーラトランジスタは汎用の半導体デバイスであり、さまざまな増幅器、発電機、パルスおよびキーデバイスに広く使用されています。

バイポーラトランジスタ分類できる 素材別：ゲルマニウムとシリコン。導電率のタイプ別: タイプ p-n-rと n- p- n; パワーの点で: 小さい (P最大< 0.3W)、平均(P 最大= 1.5W）と大（P最大> 1.5W); 周波数別：低周波、中周波、高周波、マイクロ波。

このようなトランジスタでは、電流は電子と正孔という 2 種類の電荷キャリアの動きによって決まります。 したがって、彼らの名前は双極性障害です。

バイポーラトランジスタゲルマニウムまたはシリコンのプレートであり、そこに異なる導電率を持つ 3 つの領域が作成されます。 トランジスタタイプの場合n-R- n中央領域には穴があり、外側領域には電子伝導性があります。

P型トランジスタn-p は電子伝導性を備えた中間領域と正孔伝導性を備えた極端な領域を持ちます。

トランジスタの中間領域はベースと呼ばれ、一方の端の領域はエミッタ、もう一方の領域はコレクタと呼ばれます。 したがって、トランジスタには 2 つの R- n- 遷移: エミッタ - エミッタとベースの間、およびコレクタ - ベースとコレクタの間。

エミッタは、ベースに電荷キャリアを注入するためのトランジスタの領域です。 コレクター - ベースから電荷キャリアを抽出することを目的としたエリア。 ベースは、この領域には少ない電荷キャリアがエミッタによって注入される領域です。

エミッタ内の多数電荷キャリアの濃度は、多数キャリアの濃度よりも何倍も高いベースおよびコレクタの電荷は、エミッタの電荷濃度よりわずかに低くなります。 したがって、エミッタの導電率はベースの導電率よりもはるかに高く、コレクタの導電率はエミッタの導電率よりも低くなります。

入力回路と出力回路に共通する結論に応じて、ベース接地 (OB)、エミッタ接地 (OE)、コレクタ接地 (OK) の 3 つのトランジスタ スイッチング回路があります。

入力または制御回路は、トランジスタの動作を制御するために使用されます。 出力回路または制御回路では、強化された発振が得られます。 増幅された振動の発生源は以下に含まれます。 入力回路となり、出力で負荷がオンになります。

トランジスタの動作原理をトランジスタp-の例で説明します。n-р – 共通ベース (CB) を備えたスキームに含まれるタイプ。

2つの電源EEおよびEの外部電圧にエミッタ接合 P1 が順方向にバイアスされ、コレクタ接合 P2 が逆方向にバイアスされるようにトランジスタに接続されます。

コレクタ接合に逆電圧が印加され、エミッタ回路がオープンになると、コレクタ回路に微小な逆電流が流れます。私に。 これは逆電圧の作用下で発生し、ベースホールの少数電荷キャリアとコレクタ接合を通るコレクタ電子の指向性移動によって生成されます。 回路に逆電流が流れる: + Eに、ベースコレクタ、−Eに.

定電圧EEがエミッタ回路に順方向に接続されると、エミッタ接合のポテンシャル障壁が減少します。 ベースへのホールの注入が始まります。

トランジスタに印加される外部電圧は、主に P1 および P2 接合に印加されることがわかります。 それらは、ベース、エミッタ、およびコレクタ領域の抵抗と比較して高い抵抗を持っています。 したがって、ベースに注入された正孔は拡散によってベース内を移動します。 この場合、正孔はベース電子と再結合します。 ベースのキャリア濃度はエミッタよりもはるかに低いため、再結合する正孔はほとんどありません。 ベースの厚さが薄いと、ほぼすべてのホールが P2 コレクタ接合に到達します。 再結合した電子は電源 E からの電子と置き換えられます。に。 ベース内の電子と再結合するホールがベース電流を生成します。私 B.

逆電圧Eの影響下に、コレクタ接合のポテンシャル障壁が増加し、接合 P2 の厚さが増加します。 コレクタ接合の領域に入ったホールは、コレクタ電圧によって接合に生成される加速磁場に落ち、コレクタによって引き込まれ、コレクタ電流を生成します。私に。 コレクタ電流は回路を流れます: + Eに、ベースコレクター、-Eに.

したがって、b では極性 トランジスタにはエミッタ、コレクタ、ベースの 3 種類の電流が流れます。

ベースの出力であるワイヤでは、エミッタ電流とコレクタ電流が逆方向に流れます。 ベース電流はエミッタ電流とコレクタ電流の差に等しくなります。私 B = 私 E − 私に。

タイプのトランジスタにおける物理プロセスn-R- np型トランジスタのプロセスと同様に進みますn-R.

総エミッタ電流私E は、エミッタによって注入される主な電荷キャリアの数によって決まります。 これらの電荷キャリアの主要部分はコレクタに到達し、コレクタ電流を生成します。私に。 ベースに注入された電荷キャリアのごく一部がベース内で再結合し、ベース電流を生成します。私B. したがって、エミッタ電流はベース電流とコレクタ電流に分割されます。私 E = 私 B+ 私に.

トランジスタの出力電流は入力電流に依存します。 したがって、トランジスタは電流制御されるデバイスです。

エミッタ接合電圧の変化によって引き起こされるエミッタ電流の変化は、コレクタ回路に完全に伝達され、コレクタ電流の変化を引き起こします。 それ以来 コレクタ電源電圧Eにエミッタ E よりもはるかに大きいああ、コレクタ回路で消費される電力 Pに、エミッタ回路にははるかに多くの電力が存在しますРああ。 したがって、エミッタ回路で費やされる低い電力で、トランジスタのコレクタ回路で大きな電力を制御することが可能である。 力の増加があります。

バイポーラトランジスタ用スイッチング回路

トランジスタは、その端子の 1 つが入力、2 つ目が出力、3 つ目が入力回路と出力回路に共通になるように回路に組み込まれています。 どの電極が共通であるかに応じて、OB、OE、OK の 3 つのトランジスタ スイッチング回路があります。。 トランジスタ用n-R- nスイッチング回路では、電圧の極性と電流の方向のみが変化します。 どのようなトランジスタのスイッチング方式でも、電源のスイッチングの極性は、エミッタ接合が順方向にスイッチオンされ、コレクタ接合が逆方向にスイッチオンされるように選択する必要があります。

バイポーラトランジスタの静特性

トランジスタの静的動作モードは、出力回路に負荷がないときのモードです。

トランジスタの静特性とは、入力回路（input VAC）と出力回路（output VAC）の電圧と電流の依存性をグラフで表現したものと呼ばれます。 特性の種類は、トランジスタがオンになる方法によって異なります。

OB回路で接続したトランジスタの特性

私 E = f(U EB）で U KB = 定数(A)。

私 K = f(U KB)で 私 E = 定数(b)。

OB回路に従って接続されたバイポーラトランジスタの静特性。出力 CVC には 3 つの特徴的な領域があります: 1 - 強い依存性私にから UKB; 2 - 弱い依存性私にから UKB; 3 - コレクタ接合の破壊。領域 2 の特性は、電圧の上昇に伴って若干上昇するのが特徴です。U KB。

OE回路に従って接続されたトランジスタの特性:

入力特性は依存関係です。

私 B = f(Uビート Uけ= 定数(b)。

出力特性は依存関係です。

私 K = f(U EC）で 私 B = 定数(A)。

バイポーラトランジスタ動作モード

トランジスタは、接合部の電圧に応じて 3 つのモードで動作できます。 アクティブ モードで動作している場合、電圧はエミッタ接合で直接、コレクタ接合で逆になります。

カットオフ モード、つまりブロッキングは、両方の遷移 (両方とも p-) に逆電圧を印加することで実現されます。n- トランジションは閉じられています)。

両方の遷移で電圧が直流である場合 (両方とも p-n- 遷移が開いている)、トランジスタは飽和モードで動作します。カットオフ モードと飽和モードでは、トランジスタ制御はほとんどありません。 アクティブモードでは、このような制御が最も効率的に実行され、トランジスタは電気回路のアクティブ要素（増幅、生成）の機能を実行できます。

バイポーラトランジスタ上の増幅段

最も大きな用途はエミッタ接地回路によるトランジスタスイッチング回路である。回路の主な要素は電源 E です。に、制御要素 - トランジスタVTと抵抗 Rに。 これらの要素は増幅段の出力回路を形成し、制御された電流の流れにより、回路の出力に増幅された交流電圧が生成されます。回路の他の要素は補助的な役割を果たします。 コンデンサCR別れています。 このコンデンサがないと、入力信号源回路では電源 E から直流電流が発生します。に.

抵抗器 RB はベース回路に含まれており、入力信号がない場合でもトランジスタの動作を保証します。 休止モードは休止ベース電流によって提供されます。私 B = E に/ R B. 抵抗器付きRに出力電圧が発生します。Rにベース回路によって制御され、出力回路内に電流が流れることにより、出力回路内に変化する電圧を生成する機能を実行します。

増幅段のコレクタ回路の場合、次の電気的状態の方程式を書くことができます。

E に= Uケ+ 私にRに,

抵抗器の両端の電圧降下の合計Rkとコレクタ・エミッタ間電圧Uケトランジスタは常に定数値 - 電源のEMF Eに等しいに.

増幅プロセスは、定電圧源 E のエネルギーの変換に基づいています。にエネルギーに変える 交流電圧入力信号が規定する法則に従って、出力回路の被制御素子（トランジスタ）の抵抗値を変化させます。

親愛なる友人の皆さん、こんにちは！ 今日はバイポーラトランジスタについて説明します。この情報は主に初心者に役立ちます。 したがって、トランジスタとは何なのか、その動作原理、そして一般にそれが何と一緒に食べられるのかに興味がある場合は、快適な椅子に座って近づいてみましょう。

続けましょう。ここにコンテンツがあります。記事内を移動するのがより便利になります。

トランジスタの種類

トランジスタには大きく分けてバイポーラトランジスタと電界効果トランジスタの2種類があります。 もちろん、すべてのタイプのトランジスタを 1 つの記事で検討することは可能ですが、頭の中で粥を調理するつもりはありません。 したがって、この記事ではバイポーラ トランジスタについてのみ説明し、電界効果トランジスタについては次の記事のいずれかで説明します。 私たちは一度にすべてに干渉するつもりはありませんが、それぞれに個別に注意を払います。

バイポーラトランジスタ

バイポーラ トランジスタは、20 世紀のテレビに使用されていた三極管の子孫です。 三極管は忘れ去られ、より機能的な兄弟であるトランジスタ、またはむしろバイポーラトランジスタに道を譲りました。

三極管は、まれな例外を除いて、音楽愛好家向けの機器に使用されます。

バイポーラトランジスタは次のようになります。

ご覧のとおり、バイポーラ トランジスタには 3 つの端子があり、デザインがまったく異なる場合があります。 しかし、オン 電気図見た目はシンプルでいつも同じです。 そして、この素晴らしいグラフィックは次のようになります。

このトランジスタのイメージは、UGO (Conditional graphic destination) とも呼ばれます。

さらに、バイポーラ トランジスタは異なるタイプの導電性を持つことができます。 トランジスタにはNPN型とPNP型があります。

n-p-n トランジスタと p-n-p トランジスタの違いは、それが電荷 (電子または「正孔」) の「キャリア」であることだけです。 それらの。 pnp トランジスタの場合、電子はエミッタからコレクタに移動し、ベースによって制御されます。 npn トランジスタの場合、電子はコレクタからエミッタに移動し、ベースによって制御されます。 その結果、回路内のある導電型のトランジスタを別の導電型に置き換えるには、印加電圧の極性を変更すれば十分であるという結論に達しました。 あるいは、電源の極性を愚かに変更してください。

バイポーラ トランジスタには、コレクタ、エミッタ、ベースの 3 つの端子があります。 UGOなら混乱しにくいと思いますが、実際のトランジスタでは混乱しやすいです。

通常、どの出力がディレクトリから決定されるかは、単純に決定することもできます。 トランジスタの出力は、共通点 (トランジスタのベース領域) に接続された 2 つのダイオードのようにリングします。

左側は、p-n-p 型トランジスタの写真です。ダイヤルすると、(マルチメーターの測定値を通じて) 目の前に 2 つのダイオードがあり、それらのカソードが 1 点で接続されているような感覚が生じます。 トランジスタ用 n-p-n型ベースポイントのダイオードはアノードによって接続されています。 マルチメーターを使って実験してみると、より明確になると思います。

バイポーラトランジスタの動作原理

次に、トランジスタがどのように機能するかを理解してみましょう。 トランジスタの内部構造の詳細については、混乱を招くだけなので説明しません。 この写真を見たほうがいいよ。

この画像は、トランジスタがどのように機能するかを最もよく説明しています。 この画像では、人が加減抵抗器を介してコレクタ電流を制御しています。 彼はベース電流を調べます。ベース電流が増加すると、h21E トランジスタのゲインを考慮してコレクタ電流も増加します。 ベース電流が低下すると、コレクタ電流も減少します。レオスタットを使用して修正します。

この例えは、トランジスタが実際にどのように動作するかとは何の関係もありませんが、トランジスタがどのように動作するかを理解しやすくなります。

トランジスタについては、理解を容易にすることを目的としたルールを記載することができます。 (これらのルールは本から抜粋したものです)。

1. コレクタはエミッタよりも正の電位になります。
2. 先ほども述べたように、ベース-コレクタ回路とベース-エミッタ回路はダイオードのように機能します。
3. 各トランジスタは、コレクタ電流、ベース電流、コレクタ - エミッタ間電圧などの制限によって特徴付けられます。
4. 規則 1 ～ 3 に従う場合、コレクタ電流 Ik はベース電流 Ib に正比例します。 この比率は式として書くことができます。

この式から、小さなベース電流が大きなコレクタ電流を駆動するというトランジスタの主な特性を表すことができます。

電流ゲイン。

とも呼ばれます

上記の結果、トランジスタは 4 つのモードで動作できます。

1. トランジスタカットオフモード- このモードでは、ベース-エミッタ接合が閉じられます。これは、ベース-エミッタ電圧が不十分な場合に発生する可能性があります。 その結果、ベース電流が存在せず、したがってコレクタ電流も存在しません。
2. トランジスタアクティブモードはトランジスタの通常の動作モードです。 このモードでは、ベース-エミッタ間電圧はベース-エミッタ接合を開くのに十分です。 ベース電流は十分であり、コレクタ電流も利用できます。 コレクタ電流は、ベース電流にゲインを乗算した値に等しくなります。
3. トランジスタ飽和モード -ベース電流が非常に大きくなり、電源の電力だけではコレクタ電流をさらに増加させるのに十分ではなくなると、トランジスタはこのモードに切り替わります。 このモードでは、ベース電流の増加に続いてコレクタ電流を増加させることはできません。
4. トランジスタ反転モード- このモードはほとんど使用されません。 このモードでは、トランジスタのコレクタとエミッタが逆になります。 このような操作の結果、トランジスタの利得は大幅に低下します。 トランジスタはもともとそのような特別なモードで動作するように設計されていませんでした。

トランジスタの動作を理解するには、具体的な回路例を見る必要がありますので、いくつか見てみましょう。

キーモードのトランジスタ

スイッチモードトランジスタはエミッタ接地トランジスタ回路の一つです。 キーモードのトランジスタ回路はよく使われます。 このトランジスタ回路は、マイコンを介して強力な負荷を制御する必要がある場合などに使用されます。 コントローラーの脚は強力な負荷を引き出すことができませんが、トランジスタはそれができます。 コントローラーがトランジスタを制御し、トランジスタが強力な負荷を制御することがわかりました。 さて、まず最初に。

このモードの主な本質は、ベース電流がコレクタ電流を制御することです。 さらに、コレクタ電流はベース電流よりもはるかに大きくなります。 ここで、信号の電流増幅が発生していることが肉眼でわかります。 この増幅は、電源のエネルギーを犠牲にして実行されます。

この図は、キーモードでのトランジスタの動作の図を示しています。

トランジスタ回路の場合、電圧は大きな役割を果たしず、電流のみが重要です。 したがって、コレクタ電流とベース電流の比がトランジスタのゲインより小さければ、すべて問題ありません。

この場合、ベースに5ボルト、コレクタ回路に500ボルトの電圧がかかっていたとしても、何も悪いことは起こらず、トランジスタが高電圧負荷を忠実に切り替えます。

主なことは、これらの電圧が特定のトランジスタの制限値（トランジスタの特性で設定）を超えないことです。

私たちが知る限り、電流値は負荷の特性です。

電球の抵抗はわかりませんが、電球の動作電流が 100mA であることはわかっています。 トランジスタが開いてそのような電流が確実に流れるようにするには、適切なベース電流を選択する必要があります。 ベース抵抗の値を変更することでベース電流を調整できます。

トランジスタのゲインの最小値は 10 であるため、トランジスタを開くにはベース電流が 10 mA になる必要があります。

必要な電流はわかっています。 ベース抵抗の両端の電圧は次のようになります。この抵抗の両端の電圧の値は、ベース-エミッタ接合で0.6V〜0.7Vが降下するという事実によって判明します。これを忘れずに考慮する必要があります。

その結果、抵抗器の抵抗値をかなり見つけることができます

多数の抵抗から特定の値を選択するだけで完了です。

さて、あなたはおそらくトランジスタスイッチが正常に機能すると考えているでしょうか? ベース抵抗を+5Vに接続するとライトが点灯し、オフにすると消灯するということでしょうか？ 答えはイエスかもしれないし、そうでないかもしれません。

問題は、ここには小さなニュアンスがあるということです。

抵抗の電位が接地電位と等しくなると電球は消えます。 抵抗器が電圧源から単に切断されている場合、ここではすべてがそれほど単純ではありません。 ベース抵抗の両端の電圧は、ピックアップやその他のこの世のものとは思えない悪の影響で奇跡的に発生することがあります。

この影響を回避するには、次の手順を実行します。 別の抵抗器Ｒｂｅがベースとエミッタとの間に接続される。 この抵抗器は、ベース抵抗器 Rb の少なくとも 10 倍の値が選択されます (この例では、4.3 kOhm の抵抗器を使用しました)。

ベースが任意の電圧に接続されている場合、トランジスタは正常に動作し、抵抗Rbeは干渉しません。 この抵抗器によって消費されるのは、ベース電流のごく一部だけです。

ベースに電圧が印加されていない場合、ベースはグランド電位にプルアップされ、あらゆる種類の干渉から保護されます。

ここでは原理的に、キーモードでのトランジスタの動作を理解しました。ご覧のとおり、キー動作モードは電圧による一種の信号増幅です。 結局のところ、5Vの小さな電圧の助けを借りて、12Vの電圧を制御しました。

エミッタフォロワ

エミッタフォロワは、コレクタ接地トランジスタ回路の特殊なケースです。

コレクタ接地回路とエミッタ接地回路 (トランジスタ スイッチの変形) の大きな特徴は、この回路が電圧信号を増幅しないことです。 ベースを通って入ったものは、同じ電圧でエミッタを通って出てきます。

実際、ベースに 10 ボルトを印加したとしますが、ベースとエミッタの接合には約 0.6 ～ 0.7 V が印加されていることがわかっています。 出力(エミッタ、負荷Rn)のベース電圧はマイナス0.6Vであることがわかります。

つまり、9.4V、つまり、ほぼどれだけ出入りしたかがわかりました。 この回路が電圧の観点から私たちへの信号を増加させないことを確認しました。

「では、そのようにトランジスタをオンにすることに何の意味があるのでしょうか?」 - あなたは尋ねます。 しかし、このスキームには別の非常に重要な特性があることが判明しました。 コレクタ接地トランジスタスイッチング回路は電力信号を増幅します。 電力は電流と電圧の積ですが、電圧は変化しないので、 電力は電流によってのみ増加します! 負荷電流は、ベース電流とコレクタ電流の合計です。 しかし、ベース電流とコレクタ電流を比較すると、ベース電流はコレクタ電流に比べて非常に小さくなります。 負荷電流はコレクタ電流と等しくなります。 そしてその結果がこの式です。

エミッタフォロワ回路の本質が何であるかが理解できたと思いますが、それだけではありません。

エミッタフォロワには、もう 1 つの非常に貴重な特性があります。 入力インピーダンス。 これは、このトランジスタ回路が入力信号電流をほとんど消費せず、信号源回路に負荷をかけないことを意味します。

トランジスタの動作原理を理解するには、これら 2 つのトランジスタ回路で十分です。 そして、もしあなたがまだはんだごてを手に持って実験しているのであれば、理論は理論であり実践であり、洞察力があなたを待たせることはありません。 個人的体験何百倍も価値があります！

トランジスタはどこで買えますか?

他のすべてのラジオ部品と同様に、トランジスタも最寄りのラジオ部品店で購入できます。 あなたが郊外のどこかに住んでいて、そのような店について聞いたことがない場合（私が以前にそうであったように）、最後の選択肢が残ります - オンラインストアでトランジスタを注文します。 私自身、オンライン ストアでラジオ コンポーネントを注文することがよくあります。なぜなら、通常のオフライン ストアには何もないかもしれないからです。

ただし、純粋に自分用にデバイスを組み立てている場合は、蒸気風呂に入ることはできませんが、古いものからそれを入手し、いわば、古いラジオコンポーネントに新しい命を吹き込むことができます。

さて、皆さん、私にとってはこれで終わりです。 今日お話ししようと思っていたことはすべて。 質問がある場合は、コメントで質問してください。質問がない場合は、とにかくコメントを書いてください。あなたの意見は私にとって常に重要です。 ちなみに、初めてコメントを残した方には全員にプレゼントがあるのでお忘れなく。

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幸運と成功、そして晴れやかな気分をお祈りします！

該当なし ウラジミール・ワシリエフ

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トピック 4. バイポーラ トランジスタ

4.1 設計と動作原理

バイポーラ トランジスタは、電気伝導度の種類が交互に異なる 3 つの領域で構成される半導体デバイスであり、電力増幅に適しています。

現在製造されているバイポーラ トランジスタは、次の基準に従って分類できます。

材質によると：ゲルマニウムとシリコン。

領域の導電性の種類に応じて、p-n-p および n-p-n 型になります。

電力別: 低 (Pmax £ 0.3W)、中 (Pmax £ 1.5W)、 ハイパワー(Pmax > 1.5W);

周波数別: 低周波、中周波、高周波、マイクロ波。

バイポーラ トランジスタでは、電流は 2 種類の電荷キャリア、電子と正孔 (または塩基性と副次的) の動きによって決まります。 したがって、彼らの名前は双極性です。

現在、面内トランジスタのみが製造および使用されています。 pn接合ミ。

プレーナ型バイポーラトランジスタのデバイスを図に模式的に示します。 4.1.

これはゲルマニウムまたはシリコンのプレートであり、導電率の異なる 3 つの領域が作成されます。 トランジスタタイプの場合 n-p-n 中この領域には穴があり、極端な領域には電子伝導性があります。

p-n-p タイプのトランジスタには、電子伝導性を備えた中間領域と、正孔の電気伝導性を備えた極端な領域があります。

トランジスタの中間領域はベースと呼ばれ、一方の端の領域はエミッタ、もう一方の端の領域はコレクタと呼ばれます。 したがって、トランジスタには 2 つの pn 接合があります。エミッタ - エミッタとベースの間、およびコレクタ - ベースとコレクタの間です。 エミッタ接合面積はコレクタ接合面積よりも小さい。

エミッタはトランジスタの領域であり、その目的は電荷キャリアをベースに注入することです。 コレクタは、ベースから電荷キャリアを抽出することを目的とする領域です。 ベースは、この領域には少ない電荷キャリアがエミッタによって注入される領域です。

エミッタ内の多数電荷キャリアの濃度はベース内の多数電荷キャリアの濃度より何倍も高く、コレクタ内の多数電荷キャリアの濃度はエミッタ内の濃度より若干低い。 したがって、エミッタの導電率はベースの導電率よりも数桁高く、コレクタの導電率はエミッタの導電率よりわずかに小さくなります。

ベース、エミッタ、コレクタから結論が導き出されます。 入力回路と出力回路に共通する結論に応じて、ベース接地 (OB)、エミッタ接地 (OE)、コレクタ接地 (OK) の 3 つのトランジスタ スイッチング回路があります。

入力または制御回路は、トランジスタの動作を制御するために使用されます。 出力回路または制御回路では、強化された発振が得られます。 増幅された発振源は入力回路に接続され、負荷は出力回路に接続されます。

ベース接地回路に従って接続されたpnp型トランジスタの例を使用して、トランジスタの動作原理を考えてみましょう(図4.2)。

図 4.2 - バイポーラ トランジスタ (p-n-p 型) の動作原理

2 つの電源 EE および Ek の外部電圧は、エミッタ接合 P1 が順方向 (順方向電圧) にバイアスされ、コレクタ接合 P2 が逆方向 (逆方向電圧) にバイアスされるようにトランジスタに接続されます。 ）。

逆電圧がコレクタ接合に印加され、エミッタ回路が開いている場合、小さな逆電流 Iko (マイクロアンペア単位) がコレクタ回路に流れます。 この電流は逆電圧の作用下で発生し、ベースホールの少数電荷キャリアとコレクタ接合を通るコレクタ電子の方向性の移動によって生成されます。 逆電流は、+Ek、ベース-コレクタ、-Ek の回路を流れます。 コレクタ逆電流の大きさはコレクタ電圧には依存せず、半導体の温度に依存します。

定電圧EEがエミッタ回路に順方向に接続されると、エミッタ接合のポテンシャル障壁が減少します。 ベースへの穴の注入（注入）が始まります。

トランジスタに印加される外部電圧は、主に P1 および P2 接合に印加されることがわかります。 それらは、ベース、エミッタ、およびコレクタ領域の抵抗と比較して高い抵抗を持っています。 したがって、ベースに注入された正孔は拡散によってベース内を移動します。 この場合、正孔はベース電子と再結合します。 ベースのキャリア濃度はエミッタよりもはるかに低いため、再結合する正孔はほとんどありません。 ベースの厚さが薄いと、ほぼすべてのホールが P2 コレクタ接合に到達します。 再結合した電子は、電源Ｅｋからの電子と置き換えられる。 ベース内の電子と再結合する正孔は、ベース電流 IB を生成します。

逆電圧Ｅｋの作用下で、コレクタ接合のポテンシャル障壁が増加し、接合Ｐ２の厚さが増加する。 しかし、コレクタ接合の電位障壁は、正孔の通過を妨げません。 コレクタ接合の領域に入った正孔は、コレクタ電圧によって接合に生成される強力な加速電界に落ち、コレクタによって抽出（引き込まれ）し、コレクタ電流 Ik を生成します。 コレクタ電流は、+ Ek、ベース-コレクタ、-Ek の回路を流れます。

したがって、トランジスタにはエミッタ、コレクタ、ベースの 3 つの電流が流れます。

ベースの出力であるワイヤでは、エミッタ電流とコレクタ電流が逆方向に流れます。 したがって、ベース電流はエミッタ電流とコレクタ電流の差に等しくなります：IB \u003d IE - IK。

トランジスタ内の物理プロセス 「n-p-n」と入力します p-n-p トランジスタのプロセスと同様に進みます。

総エミッタ電流 IE は、エミッタによって注入される主な電荷キャリアの数によって決まります。 これらの電荷キャリアの主要部分はコレクタに到達し、コレクタ電流 Ik を生成します。 ベースに注入された電荷キャリアのわずかな部分がベース内で再結合し、ベース電流 IB を生成します。 したがって、エミッタ電流はベース電流とコレクタ電流に分割されます。 IE \u003d IB + Ik。

エミッタ電流は入力電流、コレクタ電流は出力です。 出力電流は入力の一部です。

(4.1)

ここで、a は OB 回路の電流伝達係数です。

出力電流は入力電流より小さいため、係数 a<1. Он показывает, какая часть инжектированных в базу носителей заряда достигает коллектора. Обычно величина a составляет 0,95¸0,995.

エミッタ接地回路では、出力電流はコレクタ電流、入力電流はベース電流です。 OE 回路の電流ゲイン:

(4.2) (4.3)

したがって、OE 回路の電流ゲインは数十単位になります。

トランジスタの出力電流は入力電流に依存します。 したがって、トランジスタは電流制御されるデバイスです。

エミッタ接合電圧の変化によって引き起こされるエミッタ電流の変化は、コレクタ回路に完全に伝達され、コレクタ電流の変化を引き起こします。 それ以来 コレクタ電源Ｅｋの電圧がエミッタ電源Ｅｅの電圧よりもはるかに大きい場合、コレクタ回路Ｐｋで消費される電力はエミッタ回路Ｒｅの電力よりもはるかに大きくなる。 したがって、エミッタ回路で費やされる低い電力で、トランジスタのコレクタ回路で大きな電力を制御することが可能である。 力の増加があります。

4.2 バイポーラトランジスタをオンにするためのスキーム

トランジスタは、その端子 (電極) の 1 つが入力、2 つ目が出力、3 つ目が入力回路と出力回路に共通になるように電気回路に接続されます。 どの電極が共通であるかに応じて、OB、OE、OK の 3 つのトランジスタ スイッチング回路があります。 p-n-p トランジスタのこれらの回路を図に示します。 4.3. n-p-n トランジスタの場合、スイッチング回路では電圧の極性と電流の方向のみが変化します。 トランジスタ スイッチング回路 (アクティブ モード) では、エミッタ接合が順方向にスイッチオンされ、コレクタ接合が逆方向にスイッチオンされるように、電源スイッチオンの極性を選択する必要があります。

図 4.3 - バイポーラ トランジスタをオンにするためのスキーム: a) 概要。 b) OE; c) OK

4.3 バイポーラトランジスタの静特性

トランジスタの静的動作モードは、出力回路に負荷がないときのモードです。

トランジスタの静特性とは、入力回路（input VAC）と出力回路（output VAC）の電圧と電流の依存性をグラフで表現したものと呼ばれます。 特性の種類は、トランジスタがオンになる方法によって異なります。

4.3.1 OB回路に応じて接続されるトランジスタの特性

IE \u003d f (UEB) と UKB \u003d const (図 4.4、a)。

IK \u003d f (UKB) と IE \u003d const (図 4.4、b)。

図 4.4 - OB 回路に従って接続されたバイポーラ トランジスタの静特性

出力 I-V 特性には 3 つの特性領域があります。 1 – UKB に対する Ik の強い依存性 (非線形初期領域)。 2 – Ik の UKB (線形領域) への弱い依存性。 3 - コレクタ接合の破壊。

領域 2 の特性の特徴は、電圧 UKB の増加に伴ってわずかに上昇することです。

4.3.2 OE スキームに従って接続されたトランジスタの特性:

入力特性は依存関係です。

IB \u003d f (UBE) と UKE \u003d const (図 4.5、b)。

出力特性は依存関係です。

IK \u003d f (UKE) と IB \u003d const (図 4.5、a)。

図 4.5 - OE 回路に従って接続されたバイポーラ トランジスタの静特性

OE 回路内のトランジスタは電流ゲインを提供します。 OE 回路の電流ゲイン:

トランジスタの係数 a = 0.9¸0.99 の場合、係数 b = 9¸99。 これは、OE 回路に従ってトランジスタをオンにする最も重要な利点であり、特に、OB 回路と比較してこのスイッチング回路のより広範な実用化を決定します。

トランジスタの動作原理から、ベース端子にはコレクタ接合の逆電流 IKO とエミッタ電流の一部 (1 - a) の 2 つの電流成分が逆方向に流れることが知られています (図 4.6)。いえ。 この点に関して、ベース電流のゼロ値 (IB = 0) は、電流の示された成分の等しいことによって決定されます。 (1 − a)IE = IKO。 ゼロ入力電流は、エミッタ電流 IE=IKO/(1−a)=(1+b)IKO とコレクタ電流に対応します。

。 言い換えれば、ゼロベース電流（IB \u003d 0）では、初期電流または貫通電流IKO（E）と呼ばれ、（1 + b）IKOに等しい電流がOE回路のトランジスタを流れます。

図 4.6 - エミッタ接地トランジスタのスイッチング回路 (OE 回路)

4.4 基本パラメータ

バイポーラトランジスタを備えた回路の解析と計算には、いわゆる h が使用されます。これは、OE 回路に従って接続されたトランジスタのパラメータです。

OE回路に従って接続されたトランジスタの電気的状態は、IB、IBE、IK、UKEの値によって特徴付けられます。

h - パラメーターのシステムには次の量が含まれます。

1. 入力インピーダンス

h11 = DU1/DI1、U2 = 定数。 (4.4)

出力が短絡する交流入力電流に対するトランジスタの抵抗を表します。 出力AC電圧がない場合。

2. 電圧フィードバック係数:

h12 = DU1/DU2、I1= 定数。 (4.5)

は、入力 AC 電圧のどの割合がトランジスタ内のフィードバックによりトランジスタの入力に伝達されるかを示しています。

3. 電流力係数 (電流伝達係数):

h21 = DI2/DI1、U2= 定数。 (4.6)

無負荷モードでのトランジスタのACゲインを示します。

4.出力導電率:

h22 = DI2/DU2、I1 = 定数。 (4.7)

はトランジスタの出力端子間の交流コンダクタンスを表します。

出力抵抗 Rout = 1/h22。

エミッタ接地回路の場合、次の方程式が成り立ちます。

(4.8)

コレクタ接合の過熱を防ぐには、コレクタ電流の通過中に放出される電力が特定の最大値を超えないことが必要です。

(4.9)

さらに、コレクタ電圧には次の制限があります。

およびコレクタ電流:

4.5 バイポーラトランジスタの動作モード

トランジスタは、接合部の電圧に応じて 3 つのモードで動作できます。 アクティブ モードで動作している場合、電圧はエミッタ接合で直接、コレクタ接合で逆になります。

カットオフ モード、つまりブロッキングは、両方の接合に逆電圧を印加することによって実現されます (両方の pn 接合が閉じます)。

両方の接合部に電圧が直接かかる (両方の pn 接合が開いている) 場合、トランジスタは飽和モードで動作します。

カットオフ モードと飽和モードでは、トランジスタ制御はほとんどありません。 アクティブモードでは、このような制御が最も効率的に実行され、トランジスタは電気回路のアクティブ要素の機能（増幅、生成など）を実行できます。

4.6 範囲

バイポーラトランジスタは汎用の半導体デバイスであり、さまざまな増幅器、発電機、パルスおよびキーデバイスに広く使用されています。

4.7 バイポーラトランジスタの最も単純な増幅段

最大の用途はエミッタ接地回路によるトランジスタスイッチング回路です（図4.7）。

回路の主要素は電源 Ek、制御対象要素はトランジスタ VT と抵抗 Rk です。 これらの要素は増幅段の主 (出力) 回路を形成し、制御された電流の流れにより、回路の出力に増幅された交流電圧が生成されます。

残りの要素は補助的な役割を果たします。 コンデンサCpが切り離されています。 このコンデンサが存在しない場合、入力信号源回路には電源 Ek から直流電流が発生します。

図 4.7 - エミッタ接地回路によるバイポーラ トランジスタの最も単純な増幅段の回路図

ベース回路に含まれる抵抗 RB は、休止モード、つまり、トランジスタの動作を保証します。 入力信号がない場合。 休止モードは、休止ベース電流 IB » Ek/RB によって提供されます。

抵抗器 Rk の助けを借りて、出力電圧が生成されます。 Rk は、ベース回路によって制御される出力回路内の電流の流れにより、出力回路内に変化する電圧を生成する機能を実行します。

増幅段のコレクタ回路の場合、次の電気的状態の方程式を書くことができます。

Ek \u003d Uke + IkRk、(4.10)

つまり、抵抗器 Rk での電圧降下とトランジスタのコレクタ - エミッタ間電圧 Uke の合計は、常に一定値、つまり電源 Ek の EMF に等しくなります。

増幅プロセスは、入力によって指定された法則に従って、制御される要素 (トランジスタ) の抵抗の変化による、出力回路における定電圧源 Ek のエネルギーの交流電圧のエネルギーへの変換に基づいています。信号。

交流電圧 uin が増幅段の入力に印加されると、トランジスタのベース回路に交流成分 IB ~ が生成されます。これは、ベース電流が変化することを意味します。 ベース電流の変化はコレクタ電流の値の変化（IK = bIB）をもたらし、したがって抵抗RkおよびUkeの電圧値の変化をもたらします。 増幅能力は、コレクタ電流の値の変化がベース電流のb倍であるという事実によるものです。

4.8 バイポーラトランジスタを使用した電気回路の計算

増幅段のコレクタ回路 (図 4.7) では、キルヒホッフ第 2 法則に従い、式 (4.10) が成り立ちます。

コレクタ抵抗 RK の電圧-電流特性は線形であり、トランジスタの電圧-電流特性は、OE 回路に従って接続されたトランジスタ (図 4.5、a) の非線形コレクタ特性です。

このような非線形回路の計算、つまりベース電流IBと抵抗器RKの抵抗値のさまざまな値に対するIK、URK、UKEの決定は、グラフで実行できます。 これを行うには、コレクタ特性群 (図 4.5、a) で、横軸の点 EK からボルト - 抵抗器 RK の電流特性を引き出す必要があります。これは次の式を満たします。

Uke \u003d Ek - RkIk。 (4.11)

この特性は次の 2 つの点に基づいて構築されています。

x 軸の Ik = 0 での Uke =Ek、y 軸の Uke = 0 での Ik = Ek/Rk。 このように構成されたコレクタ抵抗 Rk の CVC を負荷線と呼びます。 コレクタ特性との交点は、与えられた抵抗 Rk とベース電流 IB のさまざまな値に対する式 (4.11) のグラフ解を与えます。 これらの点を使用して、コレクタ電流 Ik (トランジスタと抵抗 Rk についても同じです)、および電圧 UKE と URK を決定できます。

負荷線と静的 IV 特性の 1 つが交差する点は、トランジスタの動作点と呼ばれます。 IBを変更することで荷重ラインに沿って移動させることができます。 入力変数信号がない場合のこの点の初期位置は、静止点 - Т0 と呼ばれます。

a) b)

図 4.8 - 出力特性と入力特性を使用したトランジスタの動作モードのグラフ解析計算。

休止点 (動作点) T0 は、休止モードでの電流 IKP と電圧 UKEP を決定します。 これらの値から、休止モードのトランジスタで放出される RCP の電力を見つけることができます。これは、トランジスタのパラメータの 1 つである PK max の最大電力を超えてはなりません。

RKP = IKP ×UKEP £ RK max. (4.12)

通常、参考書では入力特性のファミリーは提供されず、UKE = 0 および一部の UKE > 0 の特性のみが提供されます。

1V を超えるさまざまな UKE の入力特性は互いに非常に似ています。 したがって、入力電流と入力電圧の計算は、参考書から取得した UKE > 0 の入力特性に従ってほぼ実行できます。

点 A、To、B がこの曲線に転送されます。 動作特性、点 A1、T1、B1 が得られます (図 4.8、b)。 動作点 T1 はベース UBEP の定電圧を決定し、 直流 IBPベース。

抵抗器 RB の抵抗値 (休止モードでのトランジスタの動作を保証します)。これを介してソース EK からベースに定電圧が供給されます。

(4.13)

アクティブ（増幅）モードでは、トランジスタ To の休止点は AB 負荷線区間のほぼ中央に位置し、動作点は AB 区間を超えません。

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バイポーラトランジスタの素子と動作原理

バイポーラトランジスタは、１つの半導体単結晶中に形成された２つの電子・正孔接合を有する半導体デバイスである。 これらの遷移により、半導体内に 3 つの領域が形成されます。 さまざまな種類導電性。 一方の極端な領域はエミッタ (E) と呼ばれ、もう一方の領域はコレクタ (K) と呼ばれ、中間の領域はベース (B) と呼ばれます。 電気回路内のトランジスタをオンにするために、金属リードが各領域にはんだ付けされています。
エミッタとコレクタの導電率はベースの導電率と逆です。 p 領域と n 領域の交互の順序に応じて、トランジスタは次のように区別されます。 p-n-p構造そして、ん、ぷ、ん。 条件付き グラフィックシンボル トランジスタp-n-pと n-p-n は、エミッタを示す電極の矢印の方向のみが異なります。

トランジスタ p-n-p と n-p-n の動作原理は同じなので、今後は p-n-p 構造のトランジスタの動作のみを考慮します。
エミッタとベースで形成される電子と正孔の接合をエミッタ接合、コレクタとベースで形成される接合をコレクタ接合といいます。 遷移間の距離は非常に小さく、高周波トランジスタの場合は 10 マイクロメートル (1 μm = 0.001 mm) 未満で、低周波トランジスタの場合は 50 μm を超えません。
トランジスタが動作しているとき、その接合部は電源から外部電圧を受け取ります。 これらの電圧の極性に応じて、各遷移を順方向と逆方向の両方に接続できます。 トランジスタの動作には 3 つのモードがあります。1) カットオフ モード - 両方の遷移であり、したがってトランジスタは完全に閉じられます。 2) 飽和モード - トランジスタは完全に開いています; 3) アクティブ モードは、最初の 2 つのモードの中間のモードです。 カットオフ モードと飽和モードは、トランジスタがそのベースに入るパルスの周波数で交互に完全にオープンまたは完全にロックされる場合、重要な段階で併用されます。 キーモードで動作するカスケードは、パルス回路（スイッチング電源、テレビの水平走査出力段など）で使用されます。 部分的にカットオフモードでは、パワーアンプの出力段は動作できます。
ほとんどの場合、トランジスタはアクティブ モードで使用されます。 このモードは、バイアス電圧 (U 参照) と呼ばれる小さな電圧をトランジスタのベースに印加することによって決定され、トランジスタがわずかに開き、電流がその接合部を流れ始めます。 トランジスタの動作原理は、エミッタ接合を流れる比較的小さな電流 (ベース電流) がコレクタ回路に大きな電流を流すという事実に基づいています。 エミッタ電流はベース電流とコレクタ電流の合計です。

バイポーラトランジスタの動作モード

カットオフモード エミッタとコレクタの pn 接合が外部ソースに逆方向に接続されると、トランジスタが得られます。 この場合、非常に小さな逆エミッタ電流が両方の p-n 接合を流れます ( 私 EBO) とコレクター ( 私はKBO）。 ベース電流はこれらの電流の合計に等しく、トランジスタの種類に応じて、マイクロアンペア単位 - μA (シリコン トランジスタの場合) からミリアンペア単位 - mA (ゲルマニウム トランジスタの場合) の範囲になります。

エミッタとコレクタの p-n 接合が外部ソースに順方向に接続されている場合、トランジスタは 飽和モード 。 拡散 電界エミッタとコレクタの接合は、外部ソースによって生成された電場によって部分的に減衰します。 ＵＥＢそして U KB。 その結果、主な電荷キャリアの拡散を制限するポテンシャル障壁が減少し、エミッタとコレクタからベースへの正孔の貫通（注入）が始まります。つまり、電流がエミッタとコレクタを通って流れます。トランジスタ、エミッタ飽和電流と呼ばれる ( 私は私たち) とコレクター ( アイ・カス).

信号を増幅するために使用されます トランジスタアクティブモード .
トランジスタがアクティブ モードの場合、そのエミッタ接合は順方向にオンになり、コレクタ接合は逆方向にオンになります。

直流電圧下 UEB正孔がエミッタからベースに注入されます。 n 型ベースに入ると、正孔はその中で小さな電荷キャリアとなり、拡散力の作用を受けてコレクタの p-n 接合に移動 (拡散) します。 ベースのホールの一部は、その中に存在する自由電子で満たされます（再結合します）。 ただし、ベース幅は数単位から10μmと小さいです。 したがって、正孔の主要部分はコレクタの p-n 接合に到達し、その電界によってコレクタに転送されます。 コレクタ電流が明らかに 私 Kp正孔の一部がベースで再結合するため、エミッタ電流を超えることはできません。 それが理由です 私 K p = h 21B 私ああ
価値 h 21Bはエミッタの静電流伝達係数と呼ばれます。 最新のトランジスタの場合 h 21B= 0.90...0.998。 コレクタ接合は逆になっているため (逆バイアスであるとよく言われます)、逆電流も流れます。 私 KBO 、ベース（正孔）とコレクタ（電子）の少数キャリアによって形成されます。 したがって、ベース接地回路に従って接続されたトランジスタの総コレクタ電流は、

私に = h 21B 私ああ +私KBO
コレクタ接合に到達せず、ベース内で再結合（充填）された正孔は、コレクタ接合に正の電荷を与えます。 ベースの電気的中性を回復するために、同じ数の電子が外部回路からベースに入ります。 外部回路からベースへの電子の移動により、内部に再結合電流が発生します。 IB.rec.再結合電流に加えて、逆コレクタ電流がベースを逆方向に流れ、ベース電流の合計は
I B \u003d I B.川 - I KBO
アクティブ モードでは、ベース電流はコレクタ電流やエミッタ電流の数十倍、数百分の 1 になります。

バイポーラトランジスタスイッチング回路

前の図では 電子回路、ソースによって形成されます ＵＥＢ、トランジスタのエミッタとベースは入力と呼ばれ、ソースによって形成される回路は U KB、同じトランジスタのコレクタとベース - 出力。 ベースは入出力回路のトランジスタの共通電極であるため、この回路をベース接地回路、または略してベース接地回路と呼びます。 「OBスキーム」。

入出力回路の共通電極をエミッタとした回路を次の図に示します。 これはエミッタ接地スイッチング回路、略してエミッタ接地スイッチング回路です。 「OEスキーム」.

この場合、出力電流は、OB 回路と同様にコレクタ電流です。 IK、エミッタ電流とはわずかに異なります 私は、入力はベース電流です IB、コレクタ電流よりもはるかに小さいです。 電流間の関係 IBそして IK OE スキームにおける は、次の方程式によって決定されます。 IK= h 21 E IB + 私ケオ
比例係数 h 21 E はベースの静電流伝達係数と呼ばれます。 エミッタの静電流伝達係数で表すことができます。 h 21B
h 21 E = h 21B / (1 —h 21B )
もし h 21B 0.9 ... 0.998 の範囲内で、対応する値 h 21 E は 9...499 以内になります。
成分 私 keo は、OE 回路では逆コレクタ電流と呼ばれます。 その値は 1+ です h 21 E倍以上 私 KBO、つまり 私 QEO =(1+ h 21 E ) 私 KBO。 逆流 私 KBOと 私 FECは入力電圧に依存しません ＵＥＢそして ユービーその結果、コレクタ電流の制御されない成分と呼ばれます。 これらの電流は温度に大きく依存します。 環境トランジスタの熱特性を決定します。 逆電流の値が確立されています。 私温度がゲルマニウム トランジスタでは 10°C、シリコン トランジスタでは 8°C 上昇すると、TBE は 2 倍になります。 OE 回路では、制御されていない逆電流の温度変化が発生します。 私 KEO は、制御されていない逆電流による温度変化を数十倍、数百倍も超える可能性があります。 私 OBE が発生し、トランジスタの動作が完全に中断されます。 したがって、トランジスタ回路では、トランジスタの動作に対する電流の温度変化の影響を軽減するために、トランジスタカスケードの熱安定化のために特別な手段が使用されます。
実際にはトランジスタの入出力回路の共通電極がコレクタとなる回路がよくあります。 これはコレクタ接地回路ですか、それとも 「OK回路」（エミッタフォロワ） .

トランジスタのスイッチング回路に関係なく、電極の電流に関連する方程式が常に当てはまります。
I e \u003d I k + I B.

バイポーラトランジスタ用スイッチング回路の比較評価

KI- 電流ゲイン

KU- 電圧ゲイン

KP- パワーゲイン

おそらく今日、トランジスタのない現代世界を想像することは難しいでしょう。ラジオ、テレビから自動車、電話、コンピュータに至るまで、ほぼすべての電子機器で何らかの形でトランジスタが使用されています。

トランジスタには次の 2 種類があります。 バイポーラそして 分野。 バイポーラ トランジスタは、電圧ではなく電流によって制御されます。 強力と低電力、高周波と低周波、p-n-p、および n-p-n 構造... トランジスタには、表面実装用に設計された SMD チップ (実際にはチップよりもはるかに小さいものもあります) から非常に強力なトランジスタまで、さまざまなパッケージとサイズがあります。 消費電力に応じて、最大100 mWの低電力トランジスタ、0.1〜1 Wの中電力、および1 Wを超える強力なトランジスタが区別されます。

トランジスタについて話すとき、通常はバイポーラトランジスタを指します。 バイポーラトランジスタはシリコンまたはゲルマニウムから作られます。 それらは、電荷キャリアとして電子と正孔の両方の使用に基づいて動作するため、双極性と呼ばれます。 回路上のトランジスタは次のように示されます。

トランジスタ構造の極端な領域の 1 つはエミッタと呼ばれます。 中間領域はベースと呼ばれ、もう一方の端はコレクタと呼ばれます。 これら 3 つの電極は 2 つの電極を形成します pn接合: ベースとコレクタ - コレクタ間、およびベースとエミッタ - エミッタ間。 従来のスイッチと同様に、トランジスタは「オン」と「オフ」の 2 つの状態をとることができます。 しかし、これは可動部品や機械部品があるという意味ではなく、電気信号を使用してオフからオン、またはその逆に切り替わります。

トランジスタは、電気振動を増幅、変換、生成するように設計されています。 トランジスタの動作は、配管システムの例で表すことができます。 バスルームのミキサーを想像してください。1 つのトランジスタ電極は蛇口 (蛇口) へのパイプであり、もう 1 つ (2 番目) は蛇口の後のパイプで、水が流れ出します。3 番目の制御電極は、ちょうど私たちが使用する蛇口です。水をオンにします。
トランジスタは直列に接続された 2 つのダイオードと考えることができます。NPN の場合はアノードが互いに接続され、PNP の場合はカソードが接続されます。

PNP トランジスタと NPN トランジスタを区別します。PNP トランジスタは負極性の電圧で開き、NPN は正極性の電圧で開きます。 NPN トランジスタでは主な電荷キャリアは電子であり、PNP では移動性が低い正孔であるため、NPN トランジスタのスイッチングが速くなります。

Uke = コレクタ - エミッタ間電圧
Ube = ベース-エミッタ電圧
Ic = コレクタ電流
Ib = ベース電流

トランジスタの遷移が位置する状態に応じて、その動作モードが区別されます。 トランジスタには 2 つの遷移 (エミッタとコレクタ) があり、それぞれが 2 つの状態 (1) オープン、2) クローズの可能性があるためです。 トランジスタには 4 つの動作モードがあります。 メインモードはアクティブモードで、コレクタ接合が閉じた状態、エミッタ接合が開いた状態になります。 アクティブモードで動作するトランジスタは増幅回路に使用されます。 アクティブに加えて、エミッタ接合が閉じ、コレクタ接合が開いている逆モード、両方の接合が開いている飽和モード、両方の接合が閉じているカットオフ モードがあります。 。

トランジスタが高周波信号で動作する場合、主要なプロセスの時間（キャリアがエミッタからコレクタに移動する時間）は、入力信号の変化の周期に比例します。 その結果、周波数が増加するにつれて、トランジスタの電気信号を増幅する能力が低下します。

バイポーラトランジスタのいくつかのパラメータ

定電圧/パルス電圧のコレクタ-エミッタ。
定電圧コレクタ - ベース。
定電圧エミッタ - ベース。
ベース電流変換比制限周波数
直流/パルスコレクタ電流。
電流伝達率
最大許容電流
入力インピーダンス
電力の消費。
p-n 接合温度。
周囲温度など…

境界電圧 Ukeo gr. ベース開放回路とコレクタ電流を伴う、コレクタとエミッタ間の最大許容電圧です。 コレクタの電圧は Ukeo gr よりも低いです。 ゼロ以外のベース電流におけるトランジスタのパルス動作モードの特性と、それらに対応するベース電流（ npnトランジスタベース電流>0、p-n-pの場合はその逆、Ib<0).

バイポーラ トランジスタは、KT117 などのユニジャンクション トランジスタとして分類できます。 このようなトランジスタは、1 つの pn 接合を備えた 3 電極の半導体デバイスです。 ユニジャンクショントランジスタは、2 つのベースと 1 つのエミッタで構成されます。

最近では複合トランジスタが回路に使われることが多くなり、ペアトランジスタやダーリントントランジスタと呼ばれ、非常に高い電流伝達係数を持ち、2つ以上のバイポーラトランジスタで構成されていますが、既製のトランジスタも1つのパッケージで製造されており、たとえばTIP140がこれにあたります。 これらは共通コレクタでオンになります。2 つのトランジスタを接続すると、1 つとして動作します。その内容を以下の図に示します。 負荷抵抗 R1 を使用すると、複合トランジスタの特性の一部を改善できます。

複合トランジスタの欠点は次のとおりです。 パフォーマンスの低下、特にオープンからクローズへの移行。 ベース-エミッタ接合間の順方向電圧降下は、従来のトランジスタのほぼ2倍です。 もちろん、ボード上により多くのスペースが必要です。

バイポーラトランジスタのチェック

トランジスタは 2 つの接合で構成され、それぞれが半導体ダイオードであるため、ダイオードをテストするのと同じ方法でトランジスタをテストできます。 トランジスタは通常抵抗計でチェックされ、トランジスタの両方のpn接合、つまりコレクタ - ベースおよびエミッタ - ベースがチェックされます。 p-n-p トランジスタ接合の直接抵抗をチェックするには、オーム計のマイナス端子をベースに接続し、オーム計のプラス端子をコレクタとエミッタに順に接続します。 遷移の逆抵抗をチェックするには、オーム計のプラス端子をベースに接続します。 n-p-n トランジスタをチェックする場合、接続は逆に行われます。オーム計のプラス端子のベースに接続すると直流抵抗が測定され、マイナス端子のベースに接続すると逆抵抗が測定されます。 ダイオード導通モードでは、デジタル マルチメータを使用してトランジスタを呼び出すこともできます。 NPNの場合、デバイスの赤いプローブ「+」をトランジスタのベースに接続し、黒いプローブ「-」をコレクタとエミッタに交互に接触させます。 デバイスは、約 600 ～ 1200 の抵抗を示すはずです。次に、プローブの接続極性を変更します。この場合、デバイスは何も表示しないはずです。 PNP 構造の場合、検証の順序は逆になります。

MOSFET トランジスタ (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) (金属酸化膜半導体 (MOS)) について少しお話したいと思います。これらは電界効果トランジスタであり、通常の電界効果トランジスタと混同しないでください。 電界効果トランジスタには、G - ゲート、D - ドレイン、S - ソースの 3 つの端子があります。 N チャネルと P があり、これらのトランジスタの名称にはショットキー ダイオードがあり、ソースからドレインに電流を流し、ドレイン - ソース間電圧を制限します。

これらは主に大電流のスイッチングに使用され、バイポーラトランジスタのように電流ではなく電圧によって制御され、一般にオープンチャネル抵抗が非常に低く、チャネル抵抗は一定で電流に依存しません。 MOSFET トランジスタは主要な回路用に特別に設計されており、リレーの代替品と言えますが、場合によっては増幅することもでき、強力な低周波アンプに使用されます。

これらのトランジスタの利点は次のとおりです。
最小の駆動電力と高い電流利得
スイッチング速度の高速化など、パフォーマンスが向上します。
大きな電圧インパルスに対する耐性があります。
このようなトランジスタを使用した回路は通常、より単純です。

マイナス点:
バイポーラトランジスタよりも高価です。
静電気が怖い。
ほとんどの場合、N チャネル MOSFET はスイッチング電源回路に使用されます。 制御電圧は 4V のしきい値を超える必要があり、MOSFET を確実にオンにするには一般に 10 ～ 12V が必要です。 制御電圧は、MOSFET をオンにするためにゲートとソースの間に印加される電圧です。

ほとんどのトランジスタパラメータの値は実際の動作モードと温度に依存し、温度が上昇するとトランジスタパラメータが変化する可能性があります。 この参考書には、原則として、電流、電圧、温度、周波数などに対するトランジスタパラメータの典型的な（平均的な）依存性が含まれています。

トランジスタの信頼性の高い動作を確保するには、最大許容値に近い長期電気負荷を排除する措置を講じる必要があります。たとえば、トランジスタを同等ではあるがより低い電力に交換する価値はありません。これは電力だけに当てはまります。だけでなく、トランジスタの他のパラメータにも影響します。 場合によっては、電力を増やすために、エミッタをエミッタに、コレクタをコレクタに、ベースをベースに接続する場合、トランジスタを並列に接続できます。 過負荷は、過電圧などさまざまな理由で発生する可能性があり、過電圧保護には高速ダイオードがよく使用されます。

トランジスタの加熱と過熱に関しては、トランジスタの温度体制はパラメータの値に影響を与えるだけでなく、トランジスタの動作の信頼性も決定します。 動作中にトランジスタが過熱しないように努める必要があり、アンプの出力段では、トランジスタを大きなラジエーター上に配置する必要があります。 トランジスタの過熱からの保護は、動作中だけでなく、はんだ付け中にも確実に行う必要があります。 錫めっきやはんだ付けの際には、トランジスタの過熱を防ぐための措置を講じる必要があり、過熱を防ぐために、はんだ付け中はピンセットでトランジスタを保持することをお勧めします。