【基礎から学ぶトランジスタ】トランジスタとは？～信号増幅作用とスイッチング機能を兼ね備えた部品～

私たちの身の周りにある電子製品には、様々な電子部品が使用されています。
そんな中でも、特に根幹的な部分に使用されている重要な部品として、トランジスタという部品が存在します。
何かしらのICが存在したのなら、トランジスタはほぼほぼ使用されています。
本記事では、そんなトランジスタの種類・構造・特性などについてまとめてみました。

今回は、「トランジスタ」についての説明です。

１．ポイント
２．トランジスタの動作原理
３．トランジスタの型名
４．トランジスタに流れる電流

１．ポイント

トランジスタとは？

信号を増幅する機能と回路をON/OFFできるスイッチング機能を兼ね備えた半導体素子。

２．トランジスタの動作原理

トランジスタとは、信号を増幅する機能と回路をON/OFFできるスイッチング機能を兼ね備えた半導体素子です。

トランジスタはダイオードのようにn型半導体とp型半導体を接合したものです。
ダイオードの場合は2相構造でしたがトランジスタは3相構造になっていて、npn型とpnp型の2種類があります。
トランジスタは3端子構造になっていて、各端子をベース(B)・エミッタ(E)・コレクタ(C)と呼びます。
ベースは基準、エミッタは放出、コレクタは収集と言った意味合いになるので、ベースへの入力信号をコントロールしてコレクタからエミッタ方向へ大きな出力をするというイメージを持つと良いかもしれません。
ただ、これはnpn型の話であって、pnp型だと放出するのはエミッタからコレクタ方向になる為、後で解説する動作原理をしっかり理解した方が確実です。

回路記号(図記号)の矢印の向きに電流が流れるようになっています。

では、トランジスタの電流の流れの原理について考えていきます。
とは言うものの、基本的な考え方はダイオードと同じです。
ここでは、npn型のトランジスタを例に考えます。

① ベースに直流電源のプラス側、エミッタに直流電源のマイナス側を繋ぐ。

pn接合ダイオードの順方向に電圧が掛かっているのと同じ状態になる為、図2のように電流が流れます。
電子が電源のマイナス側から出てプラス側へ戻っていくことで電流が流れる為、n型半導体の中の電子がp型半導体側に押し出されて回路内で循環しているわけです。

② コレクタに直流電源のプラス側、エミッタに直流電源のマイナス側を繋ぐ。

橙部分のようにキャリアの存在しない領域ができてしまう為、電流は流れません。

③ ①と②を同時に繋ぐ。

ベース－エミッタ間は①の時と同じように動作しますが、エミッタ側のn型半導体の一部の電子がp型半導体を通過してコレクタ側のn型半導体へ移動するようになります。
その結果、コレクタ－エミッタ間でも電子が移動するようになる、つまり大きな電流が流れるようになります。
上記の動作を利用して、ベース電流を少し変化させるだけでコレクタ－エミッタ間電流を増幅できるようにしています。

ちなみに、解説で繋いでいる電源を電池だと考えた場合、コレクタ－エミッタ間の電池は大電流を流す為にもう1つ直列に繋ぐ必要があるようです。
また、実際に回路を組む場合は抵抗を組み込まないと電流過多になりトランジスタが壊れる可能性があるので注意が必要です。