トランジスタは、電子信号のスイッチまたはゲートとして機能し、電流または電圧の流れを調整するデバイスです。半導体材料の 3 つの層がトランジスタを構成し、それぞれが電流を運ぶことができます。
ベル研究所の 3 人の科学者が 1947 年にトランジスタを考案し、すぐに電子信号調整器として真空管に取って代わりました。トランジスタは、電気信号のスイッチまたはゲートとして機能し、電流または電圧の流れを調整します。半導体材料の 3 つの層がトランジスタを構成し、それぞれが電流を伝導することができます。ゲルマニウムやシリコンなどの半導体は、「半熱狂的な」方法で電気を伝導する物質です。
トランジスタ
トランジスタは、3 番目のドープされた元素が水晶ダイオードに追加されたときに作成され、2 つの PN 接合が形成されます。
トランジスタは 2 つの PN 接合で構成されており、2 つの PN 接合は、2 つの n 型または p 型半導体の間に p 型または n 型半導体を挟むことによって構成されています。
トランジスタには次の 2 種類があります。
<オール>N-P-N トランジスタ
P-N-P トランジスタ
図 1(i) に示すように、n-p-n トランジスタでは、2 つの n 型半導体が p 型半導体の薄層によって分離されています。 p-n-p トランジスタでは、図 1 に示すように、2 つの p 型半導体が n 型半導体の薄い層によって分離されています (ii)。
図1(i)
図1 (ii)
各タイプのトランジスタには次の特徴があります:
<オール>これは PN ジャンクションのペアです。その結果、トランジスタは背中合わせに接続された一対のダイオードと考えることができます。
半導体の種類ごとに 1 つずつ、合計 3 つの端子があります。
中間層は非常に薄いです。これは、トランジスタの動作の最も重要な側面です。
ドープされた半導体の 3 つの部分がトランジスタ (NPN または PNP) を構成します。片側のセクションはエミッターと呼ばれ、反対側のセクションはコレクターと呼ばれます。中央部分がベースで、エミッタとコレクタを2箇所で接続しています。
<オール>エミッター:エミッターは、電荷キャリア (電子または正孔) を供給する片側の部分です。多数の多数キャリアを配信するために、エミッターは常にベースに対して前方に傾いています。 PNP トランジスタのエミッタ (p 型) は、図 2 (i) で前方に押され、ベース接合に正孔を供給します。図 2 (ii) に示すように、NPN トランジスタのエミッタ (n 型) は順方向バイアスを持ち、ベースとの接合に自由電子を供給します。
図2(i)
図2 (ii)
コレクター:エミッターは、電荷キャリア (電子または正孔) を供給する片側の部分です。多数の多数キャリアを配信するために、エミッターは常にベースに対して前方に傾いています。 PNP トランジスタのエミッタ (p 型) は、図 2 (1) で前方に押され、ベース接合に正孔を供給します。図 2 (ii) に示すように、NPN トランジスタのエミッタ (n 型) は順方向バイアスを持ち、ベースとの接合部に自由電子を供給します。
ベース:ベースは、2 つの PN 接合を形成するエミッタとコレクタの間の中央部分です。ベース - エミッタ接合が前方に押されているため、エミッタ回路の抵抗は低くなります。ベース - コレクター接合部は逆押しされており、コレクター回路に高抵抗を提供します。
トランジスタ アクション
トランジスタの動作について詳しく説明する前に、トランジスタに関する次の事実を覚えておくことが重要です:
<オール>エミッタ、ベース、およびコレクタは、トランジスタの 3 つのセクションです。エミッターはベースよりもはるかに薄く、コレクターは両方よりもはるかに幅が広いです。ただし、簡単にするために、エミッターとコレクターは一般的に同じサイズとして描かれています。
エミッターは広範囲にドープされており、多数の電荷キャリアをベースに注入できます。
ベースは非常に薄く、弱くドープされています。エミッタからの電荷キャリアの 5% 未満がベースで再結合するため。また、エミッターによって注入された電荷キャリアのほとんどをコレクターに渡すこともできます。
コレクターはある程度ドープされています。
トランジスタには 2 つの PN 接合が含まれているため、2 つのダイオードと同様に機能します。エミッタ - ベース ダイオード、または単にエミッタ ダイオードは、エミッタとベースの間の接合部です。コレクタ - ベース ダイオードまたは単にコレクタ ダイオードは、ベースとコレクタの間の接合を指します。
エミッタ ダイオードは常に順方向部分ですが、コレクタ ダイオードは常に逆方向に強制されます。
コレクタ ダイオードと比較すると、エミッタ ダイオードの抵抗は非常に低くなります。その結果、エミッタ ダイオードの順方向バイアスは通常非常に低く、コレクタ ダイオードの逆方向バイアスは通常非常に高くなります。
NPNトランジスタの働き
n 型エミッタの電子は、順方向バイアスによりベースに向かって流れます。エミッタ電流 IE はこれで構成されています。
これらの電子は、p 型ベースを通過するときに正孔と結合する傾向があります。ベースは低濃度で薄いため、わずか 5% 未満のわずかな電子が正孔と混合して IB ベース電流を形成します。
残りの電子の 95% 以上がコレクタ領域に流れ込み、コレクタ電流 IC を形成します。
コレクタ回路は、実質的にすべてのエミッタ電流をこの方法で受け取ります。
コレクタ電流とベース電流の合計がエミッタ電流です。
IE=IB+IC
NPN トランジスタ使用
増幅回路アプリケーションでは、NPN トランジスタが使用されます。ダーリントン ペア回路では、NPN トランジスタを使用して微弱な信号を増強します。シンク電流が必要なアプリケーションでは、NPN トランジスタが使用されます。 「プッシュプル」増幅回路のような NPN トランジスタは、一部の古典的な増幅回路で採用されています。
結論
トランジスタは、電気信号のスイッチまたはゲートとして機能することにより、電流または電圧の流れを調整するデバイスです。トランジスタは 3 層の半導体材料で構成されており、それぞれが電流を流すことができます。
1947 年、ベル研究所の 3 人の科学者がトランジスタを発明しました。トランジスタは、電子信号調整器として真空管に急速に取って代わりました。トランジスタは、電気信号のスイッチまたはゲートとして機能することにより、電流または電圧の流れを制御します。
第 3 のドープ元素が水晶ダイオードに追加されると、2 つの PN 接合が形成され、結果としてトランジスタになります。
