トランジスタのメーターチェック（BJT）

バイポーラトランジスタは、PNPまたはNPNのいずれかの3層半導体「サンドイッチ」で構成されています。そのため、下の図に示すように、マルチメータの「抵抗」または「ダイオードチェック」機能でテストすると、トランジスタは連続して接続された2つのダイオードとして登録されます。黒の負（-）リードを備えたベースの低抵抗の読み取り値は、PNPトランジスタのベースのN型材料に対応します。シンボル上で、Nタイプの材料は、この例のベースであるベース-エミッタ接合の矢印によって「示され」ます。 P型エミッターは、ベース-エミッター接合の矢印のもう一方の端であるエミッターに対応します。コレクターはエミッターと非常によく似ており、PN接合のP型材料でもあります。

PNPトランジスタメーターチェック：（a）順方向B-E、B-C、抵抗が低い。 （b）逆B-E、B-C、抵抗は∞です。

ここでは、PN接合をチェックするために、単一の導通範囲（抵抗）機能のみを備えたマルチメータの使用を想定しています。一部のマルチメータには、抵抗と「ダイオードチェック」という2つの別個の導通チェック機能が装備されており、それぞれに独自の目的があります。メーターに「ダイオードチェック」機能が指定されている場合は、「抵抗」範囲ではなくそれを使用すると、メーターは、電流が流れるかどうかだけでなく、PN接合の実際の順方向電圧を表示します。

もちろん、メーターの読み取り値は、NPNトランジスタの場合は正反対であり、両方のPN接合が反対方向を向いています。ベースに赤い（+）リードがある低抵抗の読み取り値は、NPNトランジスタの「反対」の状態です。

このテストで「ダイオードチェック」機能を備えたマルチメータを使用すると、エミッタ-ベース接合の順方向電圧降下がコレクタ-ベース接合よりもわずかに大きいことがわかります。この順方向電圧の差は、トランジスタのエミッタ領域とコレクタ領域の間のドーピング濃度の不一致によるものです。エミッタは、コレクタよりもはるかに高濃度にドープされた半導体材料であり、ベースとの接合により、より高い順方向電圧が生成されます。ドロップ。

これを知ることで、マークされていないトランジスタのどのワイヤがどれであるかを判断することが可能になります。残念ながら、トランジスタのパッケージは標準化されていないため、これは重要です。もちろん、すべてのバイポーラトランジスタには3本のワイヤがありますが、実際の物理パッケージ上の3本のワイヤの位置は、普遍的で標準化された順序で配置されていません。

技術者がバイポーラトランジスタを見つけ、「ダイオードチェック」モードに設定されたマルチメータを使用して導通の測定に進むとします。ワイヤーのペア間を測定し、メーターに表示された値を記録すると、技術者は下の図のデータを取得します。

• ワイヤー1（+）および2（-）に触れるメーター：「OL」
• ワイヤー1（-）および2（+）に触れるメーター：「OL」
• メータータッチワイヤー1（+）および3（-）：0.655 V
• ワイヤー1（-）および3（+）に触れるメーター：「OL」
• メータータッチワイヤー2（+）および3（-）：0.621 V <
• ワイヤー2（-）および3（+）に触れるメーター：「OL」

不明なバイポーラトランジスタ。エミッタ、ベース、コレクタのどの端子ですか？端子間のΩメーターの読み取り値。

導電性メーターの読み取り値を示すテストポイントの唯一の組み合わせは、ワイヤー1と3（1の赤いテストリードと3の黒いテストリード）、およびワイヤー2と3（2の赤いテストリードと3の黒いテストリード）です。これらの2つの測定値は必須 エミッタ-ベース接合（0.655ボルト）およびコレクタ-ベース接合（0.621ボルト）の順方向バイアスを示します。

次に、導電性読み取り値の両方のセットに共通する1本のワイヤを探します。ベースは、PN接合の両方のセット（エミッタベースとコレクタベース）に共通する3層デバイスの唯一の層であるため、トランジスタのベース接続である必要があります。この例では、そのワイヤは3番であり、1〜3と2〜3のテストポイントの組み合わせの両方に共通しています。これらのメーター測定値の両方のセットで、黒 （-）メーターのテストリードがワイヤー3に接触していました。これは、このトランジスタのベースがN型半導体材料（黒=負）でできていることを示しています。したがって、トランジスタは、下の図で説明されているように、ワイヤ3にベース、ワイヤ1にエミッタ、ワイヤ2にコレクタを持つPNPです。

• EおよびC高R：1（+）および2（-）：「OL」
• CおよびE高R：1（-）および2（+）：「OL」
• EおよびBフォワード：1（+）および3（-）：0.655 V
• EとBの逆：1（-）と3（+）：「OL」
• CおよびBフォワード：2（+）および3（-）：0.621 V
• CとBの逆：2（-）と3（+）：「OL」

Ωメーターで識別されるBJT端子。

この例のベースワイヤはではないことに注意してください。 バイポーラトランジスタの3層「サンドイッチ」モデルから予想されるように、トランジスタの中央のリード線。これは非常によくあることであり、電子工学の新入生を混乱させる傾向があります。どのリードがどちらであるかを確認する唯一の方法は、メーターチェック、またはトランジスタの特定の部品番号に関する製造元の「データシート」ドキュメントを参照することです。

導電率計でテストしたときにバイポーラトランジスタが2つの連続したダイオードとして動作することを知っていると、純粋にメーターの読み取り値によって未知のトランジスタを識別するのに役立ちます。また、トランジスタの迅速な機能チェックにも役立ちます。技術者が6つのテストリードの組み合わせのうち2つ以上または2つ未満の導通を測定した場合、技術者はトランジスタに欠陥があることをすぐに知ることができます（または、そうでない場合は バイポーラトランジスタではなく、他の何か-確実な識別のために部品番号を参照できない場合の明確な可能性！）。ただし、トランジスタの「2つのダイオード」モデルでは、増幅デバイスとして機能する方法や理由を説明できません。

これをわかりやすく説明するために、トランジスタを表す回路図記号ではなく、下の図の物理図を使用して、トランジスタスイッチ回路の1つを調べてみましょう。このようにして、2つのPN接合が見やすくなります。

順方向にバイアスされたベース-エミッタ接合に流れる小さなベース電流により、逆方向にバイアスされたベース-コレクタ接合を流れる大電流が可能になります。

灰色の対角線の矢印は、エミッタとベースの接合部を流れる電流の方向を示しています。電流がP型ベースからN型エミッタに流れているため、この部分は理にかなっています。接合部は明らかに順方向にバイアスされています。ただし、ベース-コレクタ接合はまったく別の問題です。灰色の太い矢印が、コレクタからベースへの電流の流れの方向（下向き）を指していることに注目してください。ベースはP型素材、コレクターはN型素材。ベースとコレクターは、電流の流れに対抗する逆バイアスになっています。ただし、飽和トランジスタは、ランプの照明から明らかなように、コレクタからエミッタまで、電流の流れにほとんど反対しません。

明らかに、ここでは、バイポーラトランジスタの単純な「2ダイオード」説明モデルに反する何かが起こっています。私が最初にトランジスタの動作について学んだとき、下の図のように、2つの連続したダイオードから独自のトランジスタを構築しようとしました。

1対の連続したダイオードはトランジスタのようには機能せず、電流はランプを流れることができません！

トランジスタでは、ベース-コレクタ接合の逆バイアスにより、トランジスタがカットオフモードのとき（つまり、ベース電流がないとき）のコレクタ電流が防止されます。ベース-エミッタ接合が制御信号によって順方向にバイアスされている場合、電流がそのPNを「間違った方向」に流れているにもかかわらず、ベース-コレクタ接合の通常のブロッキング動作が無効になり、電流がコレクタを通過できるようになります。ジャンクション。この動作は、半導体接合の量子物理学に依存し、2つの接合が適切な間隔で配置され、3つの層のドーピング濃度が適切に比例している場合にのみ発生します。直列に配線された2つのダイオードは、これらの基準を満たしていません。ベースワイヤループの下部ダイオードに流れる電流の量に関係なく、逆バイアスされた場合、上部ダイオードが「オン」になることはありません。詳細については、バイポーラ接合トランジスタ、Ch2を参照してください。

ドーピング濃度がトランジスタの特殊能力において重要な役割を果たすことは、コレクタとエミッタが交換可能ではないという事実によってさらに証明されます。トランジスタが単に2つの連続したPN接合として、または単に材料の単純なN-P-NまたはP-N-Pサンドイッチとして見られる場合、トランジスタのいずれかの端がコレクタまたはエミッタとして機能できるように見える場合があります。ただし、これは正しくありません。回路内で「逆方向」に接続されている場合、ベースコレクタ電流はコレクタとエミッタ間の電流を制御できません。バイポーラトランジスタのエミッタ層とコレクタ層の両方が同じドーピングタイプであるという事実にもかかわらず （NまたはPのいずれか）、コレクターとエミッターは完全に同一ではありません！

ベース-エミッタ接合は順方向にバイアスされているため電流を許容しますが、ベース-コレクタ接合は逆方向にバイアスされます。ベース電流の作用は、コレクタを流れる電流の「ゲートを開く」と考えることができます。より具体的には、任意の量のベースからエミッタへの電流は、限られた量を許可します ベースからコレクタへの電流の。

次のセクションでは、トランジスタのこの電流制限についてさらに詳しく調べます。

レビュー：

• 「抵抗」または「ダイオードチェック」モードでマルチメータを使用してテストしたトランジスタは、2つの連続したPN（ダイオード）接合のように動作します。
• エミッタ-ベースPN接合は、エミッタ半導体層のドーピングが多いため、コレクタ-ベースPN接合よりもわずかに大きな順方向電圧降下があります。
• 逆バイアスされたベース-コレクタ接合は、通常、エミッタとコレクタの間のトランジスタを流れる電流をブロックします。ただし、ベースワイヤに電流が流れると、その接合部が導通し始めます。ベース電流は、コレクターを流れる特定の限られた量の電流に対して「ゲートを開く」と考えることができます。

関連ワークシート：

• バイポーラ接合トランジスタ（BJT）理論ワークシート