トランジスタ - トランジスタの特性のソースを表示

== 概要 ==
ここでは、以下に示すトランジスタの特性について記載する。<br>
* 出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)と飽和領域、活性領域、遮断領域
* 入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性)
* I<sub>C</sub>-V<sub>BE</sub>特性
* 電流伝達特性(I<sub>C</sub>-I<sub>B</sub>特性)
* h<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性
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== トランジスタの出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性) ==
トランジスタの出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)とは、エミッタ接地トランジスタの静特性において、<br>
あるベース電流I<sub>B</sub>を流している状態で、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>の関係を表した特性のことである。<br>
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コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>がある一定値を超えるまでは、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が増加するとコレクタ電流I<sub>C</sub>が増加するが、<br>
コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>がある一定値を超えると、コレクタ電流I<sub>C</sub>はコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>によらず、ベース電流I<sub>B</sub>に依存する値となる。<br>
[[ファイル:ErectricParts Transistor Output 1.jpg|フレームなし|中央]]
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== トランジスタの飽和領域、活性領域、遮断領域について ==
トランジスタの出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)には、3つの領域(飽和領域、活性領域、遮断領域)がある。<br>
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トランジスタをスイッチとして使用する場合は、飽和領域(スイッチがオンの状態)と遮断領域(スイッチがオフの状態)を利用する。<br>
トランジスタをアンプとして使用する場合は、活性領域を利用する。<br>
[[ファイル:ErectricParts Transistor Output 2.jpg|フレームなし|中央]]
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次に、3つの領域(飽和領域、活性領域、遮断領域)について順番に記載する。<br>
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==== 飽和領域 ====
飽和領域とは、ベース電流I<sub>B</sub>を大きくしてもコレクタ電流I<sub>C</sub>が増加しない領域であり、出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)の青色の箇所となる。<br>
出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)の見方によって様々な説明方法があるため、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が小さくてもコレクタ電流I<sub>C</sub>が流れる領域と説明している専門書も存在する。<br>
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トランジスタをスイッチとして使用する場合、スイッチをオン状態にするためには、ベース電流を多く流してコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が最小電圧となる箇所を使用する。<br>
(この最小電圧のことをコレクタ飽和電圧V<sub>CE(sat)</sub>と呼び、コレクタ飽和電圧V<sub>CE(sat)</sub>はデータシートに記載されている)<br>
これは、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>を小さくすることで、オン状態における損失(<math>P_{LOSS} = V_{CE} \times I_C</math>)が小さくなるからである。<br>
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==== 活性領域 ====
活性領域とは、ベース電流I<sub>B</sub>が一定ならコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>によらずコレクタ電流I<sub>C</sub>が一定となる領域であり、出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)の赤色の箇所となる。<br>
つまり、活性領域では、コレクタ電流I<sub>C</sub>はコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>ではなく、ベース電流I<sub>B</sub>で決まる。<br>
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トランジスタをアンプとして使用する場合、この活性領域を利用する。<br>
また、活性領域では、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>によらずコレクタ電流I<sub>C</sub>が一定となるため、一定の電流を流す電流源としても利用される。<br>
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出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)の傾きがコレクタ抵抗R<sub>C</sub>となる。<br>
コレクタ抵抗R<sub>C</sub>は、下式で表される。<br>
<math> R_C = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}</math><br>
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コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>を大きくしてもコレクタ電流I<sub>C</sub>は大きく変化しないことから、活性領域ではコレクタ抵抗R<sub>C</sub>は非常に大きな値ということになる。<br>
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==== 遮断領域 ====
遮断領域とは、ベース電流I<sub>B</sub>が0[A]でもコレクタ電流I<sub>C</sub>が0[A]とならず漏れ電流がわずかに流れる領域であり、出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)の緑色の箇所となる。<br>
この漏れ電流のことを、コレクタ遮断電流I<sub>CEO</sub>と言う。(また、コレクタ遮断電流I<sub>CEO</sub>は、コレクターエミッタ間遮断電流とも呼ばれる)<br>
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コレクタ遮断電流I<sub>CEO</sub>の値が小さければ小さいほど特性の良いトランジスタである。<br>
なお、コレクタ遮断電流I<sub>CEO</sub>はデータシートには最大値のみが記載されている。<br>
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<u>※補足</u><br>
<u>遮断領域では、トランジスタをスイッチとして使用する場合、トランジスタのスイッチがオフの状態である。</u><br>
<u>遮断領域は、コレクタ遮断領域とも呼ばれる。</u><br>
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==== その他 : トランジスタの出力アドミタンス ====
トランジスタを使用する時、h定数と呼ばれるものを用いることがある。
h定数には、出力アドミタンスh<sub>OE</sub>、電流増幅率h<sub>FE</sub>、入力インピーダンスh<sub>IE</sub>、電圧帰還率h<sub>RE</sub>がある。<br>
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ここで、出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)と関係があるのは、出力アドミタンスh<sub>OE</sub>である。<br>
出力アドミタンスh<sub>OE</sub>とは、出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)の曲線の傾きのことであり、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の変化に対するコレクタ電流I<sub>C</sub>の変化の逆数で、下式となる。<br>
<math>h_{OE} = \frac{\Delta I_C}{\Delta V_{CE}} \mbox {[S]}</math><br>
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なお、単位はS(ジーメンス)である。<br>
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== トランジスタの入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性) ==
トランジスタの入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性)とは、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>を一定とした時における、ベース電流I<sub>B</sub>とベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>の特性のことである。<br>
[[ファイル:ErectricParts Characteristic 3.jpg|フレームなし|中央]]
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ベースとエミッタ間はPN接合となるため、ダイオードの順方向電圧特性(I<sub>F</sub>-V<sub>F</sub>特性)と同じになる。<br>
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シリコンを素材としたシリコントランジスタの場合、ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>が0.6～0.8[V]以上になると、ベース電流I<sub>B</sub>が大きく変化する。<br>
ゲルマニウムを素材としたゲルマニウムトランジスタの場合、ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>が0.2～0.3[V]以上になると、ベース電流I<sub>B</sub>が大きく変化する。<br>
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== トランジスタの入力特性(IB-VBE特性)における温度特性 ==
トランジスタの入力特性(IB-VBE特性)は、温度によって変化する。<br>
データシート上には、温度が-55[℃]、-40[℃]、-25[℃]、25[℃]、100[℃]など異なる温度の時のIC-VBE特性が記載されている。<br>
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入力特性(IB-VBE特性)において、温度が高くなると特性は左側にシフトする。<br>
すなわち、温度が高くなると、同じベース電流IBを流すために必要なベース-エミッタ間電圧VBEが減少する。<br>
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下図は、東芝製2SC1815の入力特性(IB-VBE特性)である。<br>
コレクタ-エミッタ間電圧VCEが6[V]、温度が-25[℃]、25[℃]、100[℃]の時の特性が記載されており、温度が高くなると特性は左側にシフトしていることが分かる。<br>

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__FORCETOC__
[[カテゴリ:電子部品]]