【半導体工学】バイポーラトランジスタとは

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工学

バイポーラトランジスタ (Bipolar Junction Transistor:BJT)はpn接合を用いたトランジスタです.本記事ではバイポーラトランジスタについて紹介します.

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ドランジスタとは

トランジスタは図1のように3端子を持つ半導体素子です.スイッチ増幅器として利用できます.

図1 トランジスタとは

バイポーラトランジスタとは

図2 バイポーラトランジスタ

バイポーラトランジスタ (Bipolar Junction Transistor:BJT)pn接合を用いたトランジスタです.2種類のキャリア (電子と正孔)が関与するためバイポーラトランジスタと呼ばれます.バイポーラトランジスタには図2のようなnpnトランジスタpnpトランジスタがあります.npnトランジスタとpnpトランジスタはそれぞれ図のような回路記号があります.npnトランジスタはn型,p型,n型半導体がサンドイッチのような構造をしています.pnpトランジスタも同様にp型,n型,p型半導体が接触しています.

また図のようにバイポーラトランジスタはE:エミッタB:ベースC:コレクタの3端子があります.よくベースを蛇口として開閉することでエミッタ-コレクタ間で水の流れを制御するなどと例えられます.

動作原理

バイポーラトランジスタの動作原理を説明します.バイポーラトランジスタの使用方法は主にエミッタ接地回路コレクタ接地回路ベース接地回路の3つがあります.今回はエミッタ接地回路で動作原理を説明します.

図3 エミッタ接地回路

エミッタ接地回路の回路図は図3のようになります.各端子で流れる電流はエミッタに流れる電流:\(I_E\),ベースに流れる電流:\(I_B\),コレクタに流れる電流:\(I_C\)となります.3つの電流は以下の関係を持ちます.

$$I_E=I_B+I_C$$

またエミッタ接地の電流増幅率\(\beta\)は以下のようになります.

$$\beta=\frac{I_C}{I_B}≒99$$

上の式からもわかるようにベースに電流を流すことでコレクタで増幅された電流が流れます.以上のようにバイポーラトランジスタは増幅器やスイッチとして利用されます.

まとめ

  • トランジスタ:スイッチや増幅器として働く3端子を持つ半導体素子
  • バイポーラトランジスタ (Bipolar Junction Transistor:BJT):pn接合を用いたトランジスタ
  • 各端子で流れる電流の関係:\(I_E=I_B+I_C\)
  • エミッタ接地の電流増幅率:\(\beta=\frac{I_C}{I_B}≒99\)

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