トランジスタには、対処すべき 2 つの特定のファミリがあります。 1 つ目はバイポーラ ジャンクション トランジスタ (BJT) で、2 つ目は電界効果トランジスタ (FETS) です。 BJT は、2 つの接合半導体デバイス、3 つの層、3 つの端子で構成されています。中間層で挟まれた 2 つの PN 接合があります。トランジスタについて学ぶことになると、バイポーラ接合トランジスタと呼ばれます。
トランジスタ
基本的に、トランジスタにはベース、エミッタ、コレクタの 3 つの端子があります。エミッターには高度にドープされた端子があるため、エミッターの機能はベースに電子を放出することです。
軽くドープされた端子としてのベースの機能は、エミッターから注入された電子をコレクターに送ることです。対照的に、コレクターは適度にドープされた特性を持っているため、ベースから電子を取り込みます。他のターミナルと比較して、コレクターは大きく、操作の作業に必要な熱の発生が少ない場合があります。
トランジスタの歴史
これは、電気回路に接続された 3 つの端子を持つ半導体デバイスです。通常、3 番目の端子は、他の 2 つのエンドポイント間を流れる電気の量を調整するスイッチとして機能します。ラジオ受信機と同様に、これは増幅、デジタル回路、または高速スイッチング用です。 (熱電子) バルブとしても知られる三極管は、トランジスタよりもはるかに大きく、動作に多くの電力を必要としました。
1947 年、ニュージャージー州マレー ヒルにあるベル研究所は、最初のトランジスタの実証に成功しました。 American Telephone and Telegraph によって設立された Bell Labs は、同社の研究部門 (AT&T) です。ショックレー、バーディーン、ブラッテンの 3 人は、トランジスタの作成に関与したとされる 3 人の発明者です。トランジスタの導入は、これまでで最も重要な技術開発の 1 つと見なされることがよくあります。
接合トランジスタ
ジャンクション トランジスタも バイポーラ ジャンクション トランジスタとして知られる (BJT)、信号を増幅するために使用されます。 2 つの p-n 接合で構成される半導体デバイスです。 3 つのターミナルで構成されています:
- エミッター: 大量にドープされています。つまり、不純物が多いということです。大きすぎず、小さすぎないサイズです。主要なキャリアに供給することで電流の流れを助けます。
- ベース: 軽くドープされています。それは中央のセグメントを形成します。
- コレクター: エミッタよりも大きいです。適度にドープされています。エミッタから多数の電荷を供給し、電流の流れを調整するのに役立ちます。
ジャンクション トランジスタの種類
- NPN トランジスタ- ＮＰＮトランジスタでは、ｎドープエミッタとｎドープコレクタがｐ型半導体ベースに接続されている。電子の移動度は電子と正孔の移動度よりも容易であるため、NPN トランジスタはバイポーラ トランジスタとしてよく使用されます。電子は n-p-n トランジスタの電荷担体の大部分を構成し、正孔は少数派を構成します。エミッタからコレクタには大量の電流が流れますが、ベース端子にはわずかな電流しか流れません。トランジスタの順方向バイアスにより、エミッタ内の電荷キャリアの大部分がベースに向かって反発します。ベース領域では、電子と正孔の再結合は非常にまれであり、代わりにほとんどの電子がコレクタ領域に移動します。
- PNP トランジスタ- PNP トランジスタのエミッタとコレクタは p ドープされた半導体で構成されていますが、ベースは n ドープされています。これらのトランジスタは多数キャリアとして正孔を使用しますが、これらのデバイスでは電子が少数キャリアとして使用されます。 PNP トランジスタのエミッタは順方向にバイアスされ、コレクタは逆方向にバイアスされます。
トランジスタの理論とモデリング
BJT を理解するには、互いに接続された 2 つのダイオード (P-N 接合) と考えてください。 PNP BJT で N 型と P 型のカソード領域を共有する 2 つのダイオードと、NPN BJT で P 型のアノード領域を共有する 2 つのダイオードは類似しています。ワイヤを使用して 2 つのダイオードを接続しても、少数キャリアはワイヤを通って移動できないため、BJT は作成されません。 BJT は、ベース電流がコレクターからの増幅された出力を調整できるようにすることで機能します。これは、両方のタイプの BJT で行われます。 BJTのベース入力を利用することで、優れたスイッチを作ることができます。 BJT は、微弱な信号の強度を約 100 倍に増幅できる優れたアンプでもあります。 BJT ネットワークを利用して、幅広い目的で強力なアンプを作成できます。
pn接合ダイオードのV-I特性
回路を流れる電圧と電流の間の曲線は、P-N 接合ダイオードの V-I 特性を定義します。 X 軸は電圧を表し、Y 軸は電流を表します。 pn 接合ダイオードの V-I 特性をグラフにプロットするとします。ダイオードが次の 3 つの異なるゾーンで動作していることがわかります。
<オール>その結果、接合部の電位障壁が電流の流れを妨げます。
その結果、V =0 のとき、回路電流はゼロになります。
- 順方向バイアス: pn 接合の順方向バイアスの p 型は外部電圧の正端子に接続され、n 型は負端子に接続されます。
その結果、潜在的な障壁が最小限に抑えられます。
PN 接合ダイオードの順方向 V-I 特性は、最初は電流が非常にゆっくりと増加することを示しています。 pn接合に供給される外部電圧は、この領域の電位障壁を克服するために使用されるため、曲線は非線形です.
外部電圧が可能な障壁電圧を超えると、電位障壁は取り除かれ、pn接合は通常の導体のように機能します。その結果、曲線 AB は、外部電圧が上昇するにつれて大幅に上昇します。これはほぼ線形です。
- 逆バイアス: pn 接合の p 型は外部電圧の負端子に接続され、n 型は正端子に接続されます。
その結果、交差点での潜在的な障壁が強化されます。
ジャンクション抵抗は非常に高いレベルまで上昇し、回路にはほとんど電流が流れません。
ただし、実際には、マイクロアンペアのオーダーの非常に小さな電流が回路を流れます。接合部の少数キャリアのため、これは逆飽和電流として知られています。
結論
pn 接合は、ダイオードやトランジスタなどの多くの半導体デバイスの基本コンポーネントです。 p-n ジャンクションの開発と動作を理解することは、半導体デバイスがどのように機能するかを理解するために重要です。
