パワートランジスタ-あなたが知る必要があるすべて

高電力レベルを提供する電源システムを考えてみてください。このようなユニットには、適切な量の電流を供給するためのパワーアンプが必要です。ここでパワートランジスタが役に立ちます。

OurPCBには、あらゆるタイプのトランジスタに関するすべての重要な洞察があります。それでも、このガイドではパワートランジスタに重点を置きます。さらに、他の重要な洞察の中でも、運用の原則、長所、短所について説明します。

パワートランジスタとは何ですか？

図1：回路基板で作業する電子技術者

電子信号や電力の切り替え・増幅の鍵となるトランジスタタイプです。このトランジスタは、電源システムやハイパワーアンプに搭載されています。主に接合トランジスタですが、半導体電界効果トランジスタと見なすことができます。

その構造は他のトランジスタとは異なりますが、同じ原理で動作します。

それでも、パワートランジスタには、独自の制御された特性があります。たとえば、ベース端子に入力電流を供給すると、ベース端子がオンになります。一方、制御信号を取り除くと、パワートランジスタがオフになります。

パワートランジスタの種類

図2：さまざまなトランジスタタイプ

以下は、電力制御回路で一般的なさまざまなトランジスタです。

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）

このタイプのトランジスタは、電荷キャリアとして正孔と電子を持っています。したがって、2つの極性があると見なすことができます。したがって、名前はバイポーラトランジスタです。スイッチやアンプとして便利で、重要な電流制御デバイスになっています。

パワーBJTの特徴は次のとおりです。

• 高電力の使用には不可欠です。
• 他のトランジスタタイプよりも高いオン状態の電圧降下が特徴です。
• より高い電流容量。
• 絶縁破壊電圧が高い。
• 平均的なトランジスタよりも大きいです。最大の電流が流れるようにすることが不可欠です。

金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）

図3：DPAKMOSFET電子トランジスタ

MOSFETは、3端子の電界効果トランジスタの一種です。これらには、ベース、ソース、およびドレイン端子が含まれます。パワーMOSFETの動作は、主にそのチャネルの幅に依存します。たとえば、広いチャネル幅では、トランジスタの性能が最適になります。

パワーMOSFETの特性は次のとおりです。

• トランジスタは電圧コントローラーとして役立ちます
• 動作中は、入力電流は必要ありません
• 入力インピーダンスが高いことも特徴です

静電誘導トランジスタ

図4：パワートランジスタ

トランジスタには3つの端子があります。さらに、それは垂直方向の周波数を持ち、高出力を送信します。従来のFET電界効果トランジスタよりも高い電圧破壊があります。

その主なプロパティは次のとおりです。

• 他のFETよりもノイズが少ない
• 低い端子抵抗
• 数秒以内にオフとオンになります
• 比較的短いチャネルを備えています

絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）

図5：強力なIGBTトランジスタ

これは、FETとBJTトランジスタの融合です。このトランジスタの機能は、オンまたはオフにできるゲートに依存しています。これらは通常、電源システム、インバーター、コンバーターなどのパワーエレクトロニクスガジェットに含まれています。

それらの特徴は次のとおりです。

• 比較的高いパワーゲイン
• 回路の入力での損失が大幅に制限されています。

パワートランジスタの操作

図6：BJTトランジスタ

一般的なバイポーラパワートランジスタ（BJT）は、4つの動作ゾーンを備えています。それらには以下が含まれます：

• アクティブ領域
• 準飽和ゾーン
• ハードサチュレーションゾーン
• カットオフリージョン

2つの条件下でトランジスタを逆バイアスすると、トランジスタをカットオフゾーンに置くことができます。それらには以下が含まれます：

• ベース端子をマイナス端子に接続し、エミッタ端子をプラス端子に接続します。
• コレクター端子をマイナス端子に、ベース端子をプラス端子に接続します。

次に、次のことを達成すると、トランジスタは非アクティブ状態になります。

• エミッタ-ベース接合の順方向バイアスとコレクタ-ベース領域の逆バイアス。

次に、ベース-エミッタとコレクタ-ベースを順方向にバイアスすると、トランジスタは準飽和状態になります。最後に、ベース-エミッターとコレクター-ベースを順方向にバイアスすると、ハードサチュレーション領域になります。

パワートランジスタを使用することの長所と短所

図7：さまざまなトランジスタタイプ

パワートランジスタの利点

• 高電流密度
• 低い順方向電圧
• 高電圧ゲイン
• 広い帯域幅の増加

パワートランジスタのデメリット

• 他のタイプのトランジスタよりもノイズが多い
• 制御は比較的複雑です
• 低い熱安定性

アプリケーション

図8：アンプのコントロールパネル

• リレーで役立ちます
• パワーアンプに欠かせない
• DC-DCコンバーターにもあります
• 電力制御回路で役立ちます
• 最後に、スイッチモード電源（SMPS）でも使用されています

トランジスタとパワートランジスタの違いは？

トランジスタは、3つまたは4つの端子構造を持つ電子デバイスです。その端子の1つに供給電圧を印加すると、別の端子で電流が変化します。したがって、その動作は、増幅器またはスイッチの動作と同義です。

逆に、パワートランジスタはヒートシンクのようなものです。回路を損傷から保護する上で重要です。また、平均的な通常のトランジスタよりも比較的大きいです。

結論

これまで見てきたように、ほとんどすべてのデジタルシステムにはパワートランジスタが必要です。これらは、スイッチング回路、電源システム、およびオーディオアプリケーションで特に重要です。また、ご不明な点がございましたら、お問い合わせください。