トランジスタの種類完全ガイド：あなたの完全なリファレンス

電子回路は効果的な機能を実現するために様々なコンポーネントを組み込みます。その中には、幅広い範囲で提供されるトランジスタがあります。様々なトランジスタの種類について深く理解するために読み進めてください。

トランジスタとは

トランジスタは、IC内で電気信号をスイッチングまたは増幅する3層のアクティブコンポーネントです。また、アクティブコンポーネントとは入力電圧が出力電圧より大きいことを意味します。

トランジスタは真空管よりも省スペースで熱抵抗が優れているため、真空管の代替品となりました。また、トランジスタは動作電力が少なくて済みます。

トランジスタ

トランジスタ系統図

トランジスタの種類

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）は、エミッタ(E)、ベース(B)、コレクタ(C)の3つのセクションを持ちます。ベース端子からの電流流入が、コレクタとエミッタ端子でより大きな値で出力されます。

正孔と電子を電気伝導に使用するため「バイポーラ」。また、2つのPN接合を持つため「接合」と呼ばれます。

さらに、BJTは低入力電圧インピーダンスを持つため、信号増幅に最適です。

BJT動作

NPNトランジスタ

NPNトランジスタは、2つのn型半導体でp型半導体を挟んだ構造。この構成では正孔が少数キャリア、電子が多数キャリア。

したがって、電子移動度が高く正孔移動度が低いため、これらのトランジスタが好まれます。

電子移動度はエミッタ端子からコレクタ端子へ。エミッタがベース領域に電子を送り、ベースがこれらの放出を制御。

NPNトランジスタ回路図

PNPトランジスタ

PNPトランジスタは、薄いn型半導体を2つのp型半導体で挟んだ構造。

興味深いことに、ベース-エミッタ接合は依然として電流方向を制御しますが、n型トランジスタとは逆方向で制御します。

PNPトランジスタ回路

電界効果トランジスタ（FET）

FETは、ソース(S)、ゲート(G)、ドレイン(D)の3領域を持つ半導体デバイス。

多数キャリアのみで電子移動を行うため単極デバイス（ユニポーラデバイス）であり、BJTとは異なります。

ゲート端子の電圧が電圧源を制御し、ドレイン端子への電圧を決定。

FETは高入力インピーダンスを持つため、わずかな電流しか流れません。

さらに、安価で製造が容易という利点があります。

残念ながら、出力電流増幅効率はBJTほどではありません。

接合型電界効果トランジスタ（JFET）

接合型電界効果トランジスタはFETの初期形態で、トランジスタスイッチまたはアンプとして動作可能。

JFETトランジスタ

MOSFET

金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）は、チャネルとゲート領域を分離する薄い金属酸化膜層を持ちます。

その結果、酸化膜層がその上に座するシリコンウェハーへの電気浸透を可能にします。具体的には、この製造プロセスを表面パッシベーションと呼びます。

機能別トランジスタ分類

トランジスタのタイプ分類は、動作原理と目的によっても行われます。

小信号トランジスタ

デジタル回路で低レベル信号を増幅するために動作。スイッチングトランジスタとしても動作可能。NPNとPNP形式で提供され、hFE値は0〜100の間。

また、コレクタ電流80〜600mA、周波数範囲1〜300MHzで最適動作。

小形スイッチングトランジスタ

小形スイッチングトランジスタの主用途はスイッチング。電気信号増幅も可能。

hFE値は10〜200だが、最大定格では増幅よりスイッチングで優れる。

パワートランジスタ

パワートランジスタは高電力回路で動作し、過熱防止のためパワーシンクを備える。理想的な動作電力値は0〜100W、適正周波数は1〜100MHz。

パワートランジスタ

高周波トランジスタ

RFトランジスタとしても知られ、高速スイッチング用途で動作。微小入力信号が高周波で機能。

コレクタ電流10〜600mA、最大200MHz周波数定格。

フォトトランジスタ

光感応性トランジスタ。光感応特性がベース端子を置き換え、光がないときトランジスタはOFF。

フォトFETとフォトBJTとして提供。ただし、フォトBJTの方が光に敏感。

NPNとPNPフォトトランジスタ回路表現

ユニ接合トランジスタ（UJT）

UJTは3端子で、2つがベース、もう1つがエミッタ。スイッチング動作で働き、増幅には不向き。

UJT回路記号

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）

HBTは、エミッタとベース領域で異なる半導体材料を持つバイポーラトランジスタで、ヘテロ接合を形成。

高周波信号を処理するためBJTからアップグレードされ、デジタルエレクトロニクスで効率的に動作。

ダーリントントランジスタ

ダーリントントランジスタは2つのバイポーラトランジスタの回路組み合わせで、電流利得を増加。

一方のBJTのエミッタが他方のBJTのベース領域に接続。単一トランジスタパッケージで提供。

ショットキートランジスタ

ショットキーダイオードとトランジスタの組み合わせ。ダイオードが電流源からのトランジスタ飽和を防ぐため、余分な電流を迂回。

マルチエミッタトランジスタ

ICの入力、ロジックゲート、NANDゲートに主に存在する特殊なBJT。

DTLでダイオードを置き換え、ロジックゲートでの高速単一トランジスタ動作を促進。また、その構成により回路の電力損失を低減。

デュアルゲートMOSFET

直列デュアルゲートを必要とする用途で必須。ゲートがゲートとソース端子間の電流レベルに影響。

アバランシェトランジスタ

アバランシェ降伏領域で動作するBJT。ナノ秒未満の遷移時間を持ち、極めて高電流をスイッチング可能。

拡散トランジスタ

半導体材料にドーピング剤を持つBJT。ただし、ドーパント導入プロセスはBJTの合金接合と成長接合製造プロセス後に実施。

また、トランジスタが回路でどのように動作するかを示す動画解説があります。

トランジスタのテスト方法

トランジスタの損傷や動作状態をテストするには：

マルチメーターを使用

ダイオードテストモードに設定したデジタルマルチメーター、または低抵抗レンジに設定したアナログマルチメーターを使用。

マルチメーター

すべてのリードを両方向でテストし、以下を確認：

ベース-エミッタ接合とベース-コレクタ接合がダイオードのように一方向に導通。

また、コレクタ-エミッタ接合は導通しないこと。

シンプルな回路を使用

• トランジスタを回路に組み込む。
• ベースに10kΩ抵抗を入れてトランジスタを保護。
• 電源電圧を5〜12Vの範囲に設定。
• トランジスタが動作していれば、スイッチをオンにしたときLEDが点灯。
• PNPトランジスタテスト用に同じ回路と電源電圧を反転させる。

シンプルスイッチング回路

まとめ

これで全トランジスタ種類と動作原理に精通できたはずです。ご不明点やご質問があれば、お気軽にお問い合わせください。