「トランジスタ - トランジスタの特性」の版間の差分

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ビジュアルウィキテキスト

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 <br><br>
-== トランジスタの出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性) ==
+== 出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性) ==
+==== 出力特性(I<sub>C</sub>-V<sub>CE</sub>特性)とは ====
 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>
@@ 15行目: / 16行目: @@
 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_Characteristic_1.jpg|フレームなし|中央]]
-<br><br>
+<br>
+==== 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>
 <br>
@@ 26行目: / 26行目: @@
 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>
 <br>
-==== 飽和領域 ====
+===== 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>
@@ 34行目: / 34行目: @@
 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>
 <br>
-==== 活性領域 ====
+===== 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>
@@ 47行目: / 47行目: @@
 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>
 <br>
-==== 遮断領域 ====
+===== 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>
@@ 58行目: / 58行目: @@
 <u>遮断領域は、コレクタ遮断領域とも呼ばれる。</u><br>
 <br>
-==== その他 : トランジスタの出力アドミタンス ====
+===== 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>
@@ 69行目: / 69行目: @@
 <br><br>
-== トランジスタの入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性) ==
+== 入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性) ==
+==== 入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性)とは ====
 <u>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、</u><br>
 <u>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。</u><br>
@@ 78行目: / 79行目: @@
 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>
-<br><br>
+<br>
+==== 入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性)における温度特性 ====
-== 入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性)における温度特性 ==
 <u>トランジスタの入力特性(I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性)は、温度によって変化する。</u><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I<sub>B</sub>-V<sub>BE</sub>特性が記載されている。<br>
@@ 126行目: / 126行目: @@
 ベース-エミッタ間電圧V<sub>BE</sub>は約0.6[V]なので、温度が30[℃]変化すると、ベース-エミッタ間電圧VBEが約10[%]も変化する。<br>
 これは、精度を求められる回路では全く無視できない数字となる。<br>
+<br><br>
+== 電流伝達特性(I<sub>C</sub>-I<sub>B</sub>特性) ==
+==== 電流伝達特性(I<sub>C</sub>-I<sub>B</sub>特性)とは ====
+トランジスタの電流伝達特性(I<sub>C</sub>-I<sub>B</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、コレクタ電流I<sub>C</sub>とベース電流I<sub>B</sub>の関係を表した特性のことである。<br>
+<br>
+下図のように、コレクタ電流I<sub>C</sub>がある一定値(IC1)を超えるまでベース電流I<sub>B</sub>が増えると、コレクタ電流I<sub>C</sub>は比例して増加するため、特性の形は「線形」になる。<br>
+また、その比例定数は 直流電流増幅率h<sub>FE</sub>となるため、式で表すと<br>
+<math>I_{C} = h_{FE} \times I_{B}</math><br>
+となる。<br>
+[[ファイル:ErectricParts Transistor Characteristic 6.jpg|フレームなし|中央]]
+<br>
+直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は、一般的に、数十～数百の値なので、ベース電流が10[μA]オーダーで変化すると、コレクタ電流I<sub>C</sub>はmAオーダーで変化する。<br>
+一方、コレクタ電流I<sub>C</sub>がある一定値を超えた時、ベース電流I<sub>B</sub>を増やしても、コレクタ電流I<sub>C</sub>が増加しなくなる。<br>
+これが、トランジスタの飽和である。<br>
+<br>
+また、トランジスタのデータシートを見ると、直流電流増幅率h<sub>FE</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>の関係を表したh<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性がある。<br>
+下図に、2SC1815の<u>h<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub></u>特性を示す。<br>
+[[ファイル:ErectricParts Transistor Characteristic 7.jpg|フレームなし|中央]]
+<br>
+この特性より、コレクタ電流I<sub>C</sub>はある一定値までは、直流電流増幅率h<sub>FE</sub>がほぼ一定なので、<math>I_{C} = h_{FE} \times I_{B}</math>より、<br>
+ベース電流I<sub>B</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>は比例関係にある。<br>
+しかし、コレクタ電流I<sub>C</sub>がある一定値を超えると、直流電流増幅率h<sub>FE</sub>が減少するため、ベース電流I<sub>B</sub>が増加しても、<math>I_{C} = h_{FE} \times I_{B}</math>より、<br>
+コレクタ電流I<sub>C</sub>が増加しなくなる。<br>
+<br>
+<u>※補足</u><br>
+* <u>トランジスタをスイッチとして使用する場合</u>
+*: <u>ベース電流I<sub>B</sub>を増やしても、コレクタ電流I<sub>C</sub>が増加しなくなる領域(飽和領域という)を用いる。</u>
+<br>
+* <u>トランジスタをアンプとして使用する場合</u>
+*: <u>ベース電流I<sub>B</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>は比例関係となる領域(活性領域という)を用いる。</u>
+<br>
+* <u>その他</u>
+*: <u>直流電流増幅率はh<sub>FE</sub>ではなくβ(ベータ)で表すこともある。</u>
+*: <u>一方、交流電流増幅率は、小信号電流増幅率h<sub>fe</sub>(<math>= \frac{\Delta I_{c}}{\Delta I_{b}}</math>)で表す。</u>
+*: <u>直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は同一型番のトランジスタでもバラツキが大きいため、設計の際には注意が必要となる。</u>
+*: <br>
+*: <u>直流電流増幅率のh<sub>FE</sub>は、Hybrid Forward Emitterの略である。</u>
+<br><br>
+== hFE-IC特性 ==
+==== hFE-IC特性とは ====
+トランジスタのh<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性とは、直流電流増幅率h<sub>FE</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>
+[[ファイル:ErectricParts Transistor Characteristic 8.jpg|フレームなし|中央]]
+<br>
+直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は、トランジスタのベース電流I<sub>B</sub>とコレクタ電流I<sub>C</sub>の比率であり、以下の式で表される。<br>
+<math>h_{FE} = \frac{I_{C}}{I_{B}}</math><br>
+<br>
+直流電流増幅率h<sub>FE</sub>の値は様々であり、一般的な値は100～500程度で、小さいものだと10程度、大きいものでは1000程度のものもある。<br>
+<br>
+例えば、直流電流増幅率h<sub>FE</sub>が100のトランジスタの場合、100[mA]のコレクタ電流I<sub>C</sub>を流すには1[mA]のベース電流I<sub>B</sub>が必要ということになる。<br>
+言い換えると、わずか1[mA]のベース電流IBの変化で100[mA]もコレクタ電流I<sub>C</sub>を制御できるのがトランジスタの特徴である。<br>
+<br>
+また、トランジスタのh<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性は、温度とコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>によって変化する。<br>
+<br>
+次のセクションに、この温度特性について記載する。<br>
+<br>
+==== h<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性の温度特性 ====
+h<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性は、トランジスタのデータシートに記載されている。<br>
+下図は、2SC1815のh<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性である。<br>
+温度やコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>を振った時の特性が記載されている。<br>
+(温度を100[℃]、25[℃]、-25[℃]と振った時と、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>を1[V]、5[V]と振った時のh<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性となっている)<br>
+[[ファイル:ErectricParts Transistor Characteristic 9.jpg|フレームなし|中央]]
+<br>
+直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は、温度によって大きく変化し、温度が高いほど直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は大きくなる。<br>
+<br>
+例として、コレクタ電流I<sub>C</sub>が10[mA]の箇所を見ると、<br>
+温度が25[℃]の時の直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は150であるが、温度が-25[℃]の時の直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は100となっている。<br>
+<br>
+そのため、トランジスタが動作するギリギリの設計をした場合、高温の時は動作して、低温の時は動作しないことが起きるので注意すること。<br>
+低温の環境で動作させる場合は、直流電流増幅率h<sub>FE</sub>が低下しても問題が生じないような工夫が必要となる。<br>
+<br>
+==== h<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性のコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>特性 ====
+直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は、コレクタ電流I<sub>C</sub>とコレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>の値によって変化する。<br>
+<br>
+下図は、2SC1815のh<sub>FE</sub>-I<sub>C</sub>特性である。<br>
+<br>
+温度が25[℃]の時の特性を見ると、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が5[V]の時(実線の時)は、<br>
+コレクタ電流I<sub>C</sub>が100[mA]になるまで直流電流増幅率h<sub>FE</sub>は低下していない。<br>
+<br>
+一方、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>が1[V]の時(点線の時)は、<br>
+コレクタ電流I<sub>C</sub>が30[mA]以上になると直流電流増幅率h<sub>FE</sub>が低下していることがわかる。<br>
+<br>
+すなわち、コレクタ-エミッタ間電圧V<sub>CE</sub>に余裕が無いと、直流電流増幅率h<sub>FE</sub>を一定に維持できなくなるのである。<br>
+[[ファイル:ErectricParts Transistor Characteristic 10.jpg|フレームなし|中央]]
+<br>
+==== その他 : 直流電流増幅率h<sub>FE</sub>のばらつき ====
+トランジスタを製造すると、様々な値の直流電流増幅率hFEのものができてしまう。<br>
+そのため、メーカーでは、直流電流増幅率hFEを測定・分類して、分類コードを印字して出荷している。<br>
+<br>
+下図は、2SC1815の電気的特性である。<br>
+直流電流増幅率hFEが、O:70～140、Y:120～240、GR:200～400、BL:350～700と分類されていることが分かる。<br>
+[[ファイル:ErectricParts Transistor Characteristic 11.jpg|フレームなし|中央]]
+<br>
+ちなみに、OはOrange、YはYellow、GRはGreen、BLはBlueの頭文字を示している。<br>
+抵抗器のカラーコードにおいて、3＝Orange、4＝Yellow、5＝Green、6＝Blueであり、その順番と同じ順序となっている。<br>
 <br><br>
 __FORCETOC__
 [[カテゴリ:電子部品]]