BJTトランジスタ：コンパクトで効率的な電子設計の基石

エレクトロニクスの歴史を研究すると、トランジスタの発明が人類にとって極めて重要だったことがわかります。トランジスタは、大型で電力を大量消費し、低効率な真空管に取って代わるものとして利用可能になりました。

現在、トランジスタは電子回路で増幅またはスイッチングのいずれかに使用されています。

この記事で、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）、その構成、応用についてさらに学んでください。

BJTトランジスタとは

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）は、2つのpn接合で構成される電流制御型半導体デバイスです。

ベース、エミッタ、コレクタの3つの端子を持ちます。pn配置に応じて、BJTは正孔または電子を主要キャリアとして使用します。

ベース端子に印加された信号は、トランジスタのコレクタ端子で増幅されます。しかし、信号を増幅するには何らかのDC電力が必要です。

BJTトランジスタの構成

BJTは電子回路で重要な3端子スイッチングまたは増幅デバイスです。主要キャリアに応じて、バイポーラ接合トランジスタには2つの構成を開発できます。

したがって、バイポーラ接合トランジスタでは2つの入力がありますが、3端子デバイスであるため2つの出力を持つことは不可能です。

入力と出力の両方で1つの端子を共通とすることで、余分な出力端子の問題を克服します。

以下の3つが可能なBJT構成です。

BJTトランジスタ：共通エミッタ構成

ここでは、ベース-エミッタ間に入力信号を印加し、コレクタ-エミッタ間から出力を取り出します。したがって、エミッタが入力信号を反転させます。

BJTトランジスタ：共通コレクタ構成

この構成では、ベース-コレクタ間に入力を印加し、コレクタ-エミッタ間から出力を取り出します。

共通ベース構成

共通ベース構成では、ベース端子を入力と出力の両方の信号に使用します。共通ベース構成は電圧利得のみを持ち、電流利得はありません。

BJTの特性

3つのBJT構成は、異なる特性を持つ回路を生み出します。最も重要な特徴には、入出力インピーダンス、電流利得、電圧利得が含まれます。

特性	共通ベース	共通エミッタ	共通コレクタ
電力利得	低	非常に高い	中
電流利得	低	中	高
電圧利得	高	中	低
位相角	0°	180°	0°
出力インピーダンス	非常に高い	高い	低い
入力インピーダンス	低い	中	高い

共通エミッタ構成が最も一般的なBJT構成です。したがって、優れた電力、電圧、電流利得が回路増幅を改善します。

BJTトランジスタの種類

バイポーラ接合トランジスタは、構造内の主要キャリアに応じて分類されます。その結果、以下の2種類があります：

• PNP BJT - 正孔を主要キャリアとするトランジスタ
• NPN BJT - 電子を主要キャリアとするトランジスタ

NPNトランジスタはPNPより人気があり、より良い増幅を提供します。NPNトランジスタは構造により多くの電子を持ち、電子は正孔より移動度が高いためです。

BJTトランジスタ：PNPバイポーラ接合トランジスタ

PNPトランジスタは、N型材料を2つのP型半導体材料の間にドーピングしたバイポーラ接合トランジスタです。PNPトランジスタでは、エミッタが正のキャリアを供給し、これがベースを通過してコレクタに到達します。

このように、ベースがエミッタからコレクタに通過するキャリアの数を制御します。

NPNバイポーラ接合トランジスタ

NPNトランジスタは、P型半導体材料を2つのN型材料の間にドーピングしたバイポーラ接合トランジスタです。この場合、主要キャリアは自由電子です。

負のキャリアが十分に励起されると、価電子帯から伝導帯へ移動します。結果として、N型半導体領域を通じて電流が流れます。

BJTトランジスタの動作領域

トランジスタは技術的に電子回路でスイッチまたは増幅デバイスとして動作します。バイポーラ接合トランジスタは、ゲートバイアスに応じて導通または非導通となる3端子アクティブデバイスです。

したがって、BJTの動作領域を見てみましょう。

活性領域

ここではトランジスタが増幅器として動作します。

Ic = β × Ib

βはコレクタ電流とベース電流の比率で、共通エミッタトランジスタの電流利得を提供します。

飽和領域

トランジスタが完全にONで、ベース-コレクタとベース-エミッタ接合が順バイアスモードです。

Ic = I(飽和)

カットオフ領域

ここではトランジスタが完全にOFFで、ベース電圧がコレクタとエミッタ電圧の両方より低くなっています。

Ic = 0

BJTトランジスタ：BJTの用途

• 第一に、バイポーラ接合トランジスタは復調器や検波器として機能
• 第二に、増幅回路で増幅器として、または変調器として使用
• また、発振器とマルチバイブレータを動作
• さらに、波形整形用クリッピング回路で重要
• 加えて、BJTはタイムディレイ回路でも重要
• 最後に、BJTは電子スイッチング回路で動作

結論

バイポーラ接合トランジスタは、回路の深い理解を必要とする重要な電子部品です。その結果、それらを見たことはあっても、どう動作するか理解していなかったかもしれません。

この記事がBJT周りの謎をいくつか解き明かし、あなたのプロジェクトを進める扉を開いたことを願っています。

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