さまざまな種類のトランジスタとその機能

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トランジスタはアクティブコンポーネントであり、電子回路全体に定着しています。それらは増幅器およびスイッチング装置として使用されます。アンプとして、それらは高レベルと低レベル、周波数ステージ、発振器、変調器、検出器で使用され、あらゆる回路で機能を実行する必要があります。デジタル回路では、スイッチとして使用されます。半導体を製造しているメーカーは世界中に非常に多くあり(トランジスタはこの装置ファミリーのメンバーです)、正確に数千の異なるタイプがあります。高周波数および低周波数で機能するため、非常に高い電流および/または高電圧で機能するための低、中、および高電力トランジスタがあります。この記事では、トランジスタとは何か、さまざまなタイプのトランジスタ、およびそれらのアプリケーションの概要を説明します。

トランジスタとは

トランジスタは電子機器です。それはp型とn型の半導体を通して作られています。半導体が同じ種類の半導体の間の中央に配置されている場合、その配置はトランジスタと呼ばれます。トランジスタは2つのダイオードの組み合わせであり、背中合わせの接続であると言えます。トランジスタは、電流または電圧の流れを調整し、電子信号のボタンまたはゲートとして機能するデバイスです。




トランジスタの種類

トランジスタの種類

トランジスタは3層で構成されています 半導体デバイス 、それぞれが電流を動かすことができます。半導体は、ゲルマニウムやシリコンなどの「半熱狂的」な方法で電気を伝導する材料です。銅などの本物の導体と絶縁体の間のどこにでもあります(プラスチックで包まれた大まかなワイヤーに似ています)。



トランジスタ記号

n-p-nおよびp-n-pトランジスタの図式が公開されています。インサーキットは接続描画形式が使用されます。矢印記号はエミッタ電流を定義しました。 n-p-n接続では、エミッタに流入する電子を識別します。これは、出力矢印で示されているように、保守的な電流がエミッタから流出することを意味します。同様に、p-n-p接続の場合、図の内側の矢印で示されているように、控えめな電流がエミッタに流れ込むことがわかります。

PNPおよびNPNトランジスタ

PNPおよびNPNトランジスタ

トランジスタには非常に多くの種類があり、それぞれ特性が異なり、それぞれに長所と短所があります。一部のタイプのトランジスタは、主にスイッチングアプリケーションに使用されます。その他は、スイッチングと増幅の両方に使用できます。それでも、他のトランジスタは、次のような独自の専門グループに属しています。 フォトトランジスタ 、それを照らす光の量に反応して、電流が流れます。以下は、トランジスタを作成する特性について説明するさまざまなタイプのトランジスタのリストです。

トランジスタの2つの主なタイプは何ですか?

トランジスタはBJTとFETの2種類に分類されます。


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 は、ベース、コレクタ、エミッタの3つの領域で構成されるトランジスタです。異なるFETトランジスタであるバイポーラ接合トランジスタは、電流制御デバイスです。トランジスタのベース領域に入る小さな電流により、エミッタからコレクタ領域にはるかに大きな電流が流れます。バイポーラ接合トランジスタには、NPNとPNPの2つの主要なタイプがあります。 NPNトランジスタは、電流キャリアの大部分が電子であるトランジスタです。

エミッタからコレクタに流れる電子は、トランジスタを流れる電流の大部分のベースを形成します。さらなる種類の電荷である穴は少数派です。 PNPトランジスタは反対です。 PNPトランジスタでは、電流キャリアホールの大部分。 BJTトランジスタには、PNPとNPNの2種類があります。

バイポーラ接合トランジスタピン

バイポーラ接合トランジスタピン

PNPトランジスタ

このトランジスタは別の種類のBJT–バイポーラ接合トランジスタであり、2つのp型半導体材料が含まれています。これらの材料は、薄いn型半導体層によって分割されます。これらのトランジスタでは、多数の電荷キャリアは正孔であり、少数の電荷キャリアは電子です。

このトランジスタでは、矢印記号は従来の電流の流れを示しています。このトランジスタを流れる電流の方向は、エミッタ端子からコレクタ端子です。ベース端子をエミッタ端子と比較してLOWにドラッグすると、このトランジスタがオンになります。記号の付いたPNPトランジスタを以下に示します。

NPNトランジスタ

NPNもBJT(Bipolar Junction Transistors)の一種であり、薄いp型半導体層で分割された2つのn型半導体材料が含まれています。 NPNトランジスタでは、大部分の電荷キャリアは電子ですが、少数の電荷キャリアは正孔です。エミッタ端子からコレクタ端子に流れる電子は、トランジスタのベース端子内に電流を流します。

トランジスタでは、ベース端子での電流供給量が少ないと、エミッタ端子からコレクタに大量の電流が供給される可能性があります。現在、電子の移動度は正孔の移動度に比べて高いため、一般的に使用されているBJTはNPNトランジスタです。記号の付いたNPNトランジスタを以下に示します。

電界効果トランジスタ

電界効果トランジスタ ゲート、ソース、ドレインの3つの領域で構成されています。さまざまなバイポーラトランジスタであるFETは、電圧制御デバイスです。ゲートに印加された電圧は、トランジスタのソースからドレインへの電流の流れを制御します。電界効果トランジスタは、数メガオーム(MΩ)の抵抗からはるかに大きな値まで、非常に高い入力インピーダンスを持っています。

この高い入力インピーダンスにより、電流はほとんど流れません。 (オームの法則によれば、電流は回路のインピーダンスの値に反比例します。インピーダンスが高い場合、電流は非常に低くなります。)したがって、FETは両方とも回路の電源からほとんど電流を引き出しません。

電界効果トランジスタ

電界効果トランジスタ

したがって、これは、接続されている元の回路の電源要素を乱さないため、理想的です。電源がダウンすることはありません。 FETの欠点は、バイポーラトランジスタから得られるのと同じ増幅を提供しないことです。

バイポーラトランジスタは、FETの方が負荷が少なく、安価で、製造が容易であるという点で優れていますが、増幅率が高いという点で優れています。電界効果トランジスタには、JFETとMOSFETの2つの主要なタイプがあります。 JFETとMOSFETは非常に似ていますが、MOSFETの入力インピーダンス値はJFETよりもさらに高くなっています。これにより、回路の負荷がさらに少なくなります。 FETトランジスタはJFETとMOSFETの2種類に分類されます。

JFET

JFETはJunction-Field-Effectトランジスタの略です。これは単純であり、抵抗、増幅器、スイッチなどのように使用される初期タイプのFETトランジスタです。これは電圧制御デバイスであり、バイアス電流を使用しません。ゲート端子とソース端子の間に電圧が印加されると、JFETトランジスタのソース端子とドレイン間の電流が制御されます。

ザ・ 接合型電界効果トランジスタ (JUGFETまたはJFET)にはPN接合がありませんが、代わりに高抵抗半導体材料の狭い部分があり、2つのオーミック電気接続で大部分のキャリアが流れるためのN型またはP型シリコンの「チャネル」を形成します。どちらの端でも、通常はそれぞれドレインとソースと呼ばれます。

接合電界効果トランジスタ

接合電界効果トランジスタ

接合型電界効果トランジスタには、NチャネルJFETとPチャネルJFETの2つの基本構成があります。 NチャネルJFETのチャネルにはドナー不純物がドープされているため、チャネルを流れる電流は電子の形で負になります(したがってNチャネルと呼ばれます)。これらのトランジスタは、PチャネルタイプとNチャネルタイプの両方でアクセスできます。

MOSFET

MOSFETまたは金属酸化物半導体電界効果トランジスタは、すべての種類のトランジスタの中で最も頻繁に使用されます。名前が示すように、それは金属ゲートの端子を含みます。このトランジスタには、ソース、ドレイン、ゲートと基板、またはボディのような4つの端子が含まれています。

MOSFET

MOSFET

BJTおよびJFETと比較して、MOSFETには、高いi / pインピーダンスと低いo / pインピーダンスを提供するため、いくつかの利点があります。 MOSFETは主に低電力回路で、特にチップの設計時に使用されます。これらのトランジスタには、空乏化と増強の2つのタイプがあります。さらに、これらのタイプは、PチャネルタイプとNチャネルタイプに分類されます。

メイン FETの特徴 以下のものが含まれます。

  • 電子や正孔などの電荷キャリアが透過の原因となるため、単極です。
  • FETでは、逆バイアスのために入力電流が流れます。したがって、このトランジスタの入力インピーダンスは高くなります。
  • 電界効果トランジスタのo / p電圧がゲートの入力電圧によって制御される場合、このトランジスタは電圧制御デバイスと呼ばれます。
  • 伝導レーンには、ジャンクションはありません。そのため、FETはBJTと比較してノイズが少なくなります。
  • ゲインの特性評価は、相互コンダクタンスを使用して行うことができます。これは、o / p変化電流と入力電圧変化の比率であるためです。
  • FETのo / pインピーダンスが低い。

FETの利点

BJTと比較したFETの利点は次のとおりです。

  • FETはユニポーラデバイスですが、BJTはバイポーラデバイスです
  • FETは電圧駆動デバイスですが、BJTは電流駆動デバイスです
  • FETのi / pインピーダンスは高いのに対し、BJTは低い
  • BJTに比べてFETのノイズレベルが低い
  • FETでは熱安定性が高いのに対し、BJTは低いです。
  • FETのゲイン特性評価は相互コンダクタンスを介して行うことができますが、BJTでは電圧ゲインを使用します

FETの応用

FETの用途は次のとおりです。

  • これらのトランジスタは、負荷の影響を減らすためにさまざまな回路内で使用されます。
  • これらは、位相シフト発振器、電圧計、バッファアンプなどのいくつかの回路で使用されます。

FET端子

FETには、ソース、ゲート、ドレインの3つの端子があり、BJTの端子とは異なります。 FETでは、ソース端子はBJTのエミッタ端子に似ていますが、ゲート端子はベース端子に似ており、ドレイン端子はコレクタ端子に似ています。

ソースターミナル

  • FETでは、ソース端子は電荷キャリアがチャネルに入る端子です。
  • これはBJTのエミッタ端子に似ています
  • ソース端末は「S」で表すことができます。
  • ソース端子のチャネルを流れる電流は、ISのように指定できます。
    ゲートターミナル
  • FETでは、ゲート端子がチャネル全体の電流の流れを制御するために重要な役割を果たします。
  • ゲート端子に外部電圧を供給することにより、ゲート端子から電流を制御することができます。
  • ゲート端子は、内部で接続され、高濃度にドープされた2つの端子を組み合わせたものです。チャネルの導電率は、ゲート端子を介して変調できます。
  • これはBJTのベース端子に似ています
  • ゲート端子は「G」で表すことができます。
  • ゲート端子のチャネルを流れる電流はIGとして指定できます。

ドレインターミナル

  • FETでは、ドレイン端子はキャリアがチャネルを離れる端子です。
  • これは、バイポーラ接合トランジスタのコレクタ端子に類似しています。
  • ドレインからソースへの電圧はVDSとして指定されます。
  • ドレイン端子はDとして指定できます。
  • ドレイン端子のチャネルから離れる電流の流れをIDとして指定できます。

さまざまなタイプのトランジスタ

小信号、小スイッチング、電力、高周波、フォトトランジスタ、UJTなどの機能に基づいて利用可能なさまざまなタイプのトランジスタがあります。一部の種類のトランジスタは、主に増幅またはスイッチングの目的で使用されます。

小信号タイプのトランジスタ

小信号トランジスタは、主に低レベル信号を増幅するために使用されますが、スイッチとしても機能します。これらのトランジスタは、トランジスタが入力信号を増幅する方法を指定するhFE値を通じて利用できます。典型的なhFE値の範囲は10から500で、最大コレクタ電流(Ic)定格は80 mAから600mAの範囲です。

これらのトランジスタは、PNPとNPNのような2つの形式で入手できます。このトランジスタの最高動作周波数は1〜300MHzです。これらのトランジスタは、数ボルトなどの小信号を増幅する場合や、単にミルアンペアの電流を使用する場合に使用されます。パワートランジスタは、電流だけでなく巨大な電圧が使用されると適用できます。

小さなスイッチングタイプのトランジスタ

小型スイッチングトランジスタは、スイッチやアンプのように使用されます。これらのトランジスタの一般的なhFE値は、10 mA〜1000mAの範囲の最小コレクタ電流定格を含めて10〜200の範囲です。これらのトランジスタは、PNPとNPNのような2つの形式で入手できます。

これらのトランジスタは、最大500の増幅を含む可能性のあるトランジスタの小信号増幅ができません。したがって、これによりトランジスタはスイッチングにさらに役立ちますが、ゲインを提供するための増幅器として使用することもできます。追加のゲインが必要になると、これらのトランジスタはアンプのように機能します。

パワートランジスタ

これらのトランジスタは、多くの電力が使用される場合に適用できます。このトランジスタのコレクタ端子は金属のベース端子と結合しているため、ヒートシンクのように機能して余剰電力を溶解します。一般的な電力定格の範囲は、1 MHz〜100 MHzの範囲の周波数定格を含め、主に約10 W〜300Wの範囲です。

パワートランジスタ

パワートランジスタ

最大コレクタ電流の値は1A〜100 Aの範囲です。パワートランジスタはPNPおよびNPN形式で提供されますが、ダーリントントランジスタはPNPまたはNPN形式で提供されます。

高周波タイプのトランジスタ

高周波トランジスタは、特に高周波で動作する小信号に使用され、高速ベースのスイッチングアプリケーションで使用されます。これらのトランジスタは高周波信号に適用可能であり、非常に高速でオン/オフを切り替えることができる必要があります。

高周波トランジスタの用途には、主にHF、UHF、VHF、MATV、CATV増幅器、および発振器の用途が含まれます。最大周波数定格の範囲は約2000MHzで、最大コレクタ電流の範囲は10 mA〜600mAです。これらは、PNPとNPNの両方の形式で入手できます。

フォトトランジスタ

これらのトランジスタは感光性であり、このトランジスタの一般的なタイプは、このトランジスタのベースリードが除去され、感光領域を介して変更されるバイポーラトランジスタのように見えます。したがって、これが、フォトトランジスタに3つの端子の代わりに2つの端子が含まれている理由です。外側の領域が日陰に保たれると、デバイスの電源がオフになります。

フォトトランジスタ

フォトトランジスタ

基本的に、コレクターの領域からエミッターへの電流の流れはありません。しかし、感光性の領域が日光にさらされるときはいつでも、少量のベース電流を生成して、非常に高いコレクタからエミッタへの電流を制御することができます。

通常のトランジスタと同様に、これらはFETとBJTの両方にすることができます。 FETは感光性トランジスタであり、フォトバイポーラトランジスタとは異なり、フォトFETは光を利用して、主にドレイン-ソース電流を制御するために使用されるゲート電圧を生成します。これらは、光の変化に非常に敏感であるだけでなく、バ​​イポーラフォトトランジスタと比較してより繊細です。

ユニジャンクションタイプのトランジスタ

ユニジャンクショントランジスタ(UJT)には、電気スイッチのように完全に機能する3リードが含まれているため、アンプのようには使用されません。一般に、トランジスタはアンプとしてだけでなくスイッチのようにも機能します。ただし、UJTはその設計上、いかなる種類の増幅も行いません。したがって、十分な電圧を提供するようには設計されていません。

これらのトランジスタのリードは、B1、B2、およびエミッタリードです。このトランジスタの操作は簡単です。エミッタまたはベース端子間に電圧が存在する場合、B2からB1への電流はわずかに流れます。

ユニジャンクショントランジスタ

ユニジャンクショントランジスタ

他のタイプのトランジスタの制御リードは小さな追加電流を提供しますが、UJTではまったく逆です。トランジスタの主なソースは、そのエミッタ電流です。 B2からB1への電流の流れは、結合された電流全体のほんの少量です。つまり、UJTは増幅には適していませんが、スイッチングには適しています。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(LGBT)

AlgaAs / GaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)は、Kuバンドと同じ周波数のデジタルおよびアナログマイクロ波アプリケーションに使用されます。 HBTは、主にベース抵抗とコレクタと基板間の静電容量が減少するため、シリコンバイポーラトランジスタよりも速いスイッチング速度を提供できます。 HBT処理は、GaAs FETよりも要求の厳しいリソグラフィーを必要としないため、HBTは製造するのに貴重であり、より良いリソグラフィー収率を提供できます。

この技術は、GaAsFETよりも高いブレークダウン電圧と簡単な広帯域インピーダンス整合を提供することもできます。 Siバイポーラ接合トランジスタ(BJT)を使用した評価では、HBTは、エミッタ注入効率、ベース抵抗、ベース-エミッタ容量、およびカットオフ周波数の点で優れたプレゼンテーションを示します。また、優れた直線性、低位相ノイズ、高電力付加効率を提供します。 HBTは、携帯電話のパワーアンプやレーザードライバーなど、収益性の高いアプリケーションと信頼性の高いアプリケーションの両方で使用されます。

ダーリントントランジスタ

「ダーリントンペア」と呼ばれることもあるダーリントントランジスタは、2つのトランジスタで構成されるトランジスタ回路です。シドニーダーリントンが発明しました。トランジスタのようなものですが、電流を得る能力がはるかに高くなっています。回路は、2つのディスクリートトランジスタから作成することも、集積回路内に配置することもできます。

hfeパラメータと ダーリントントランジスタ すべてのトランジスタhfeは相互に乗算されます。この回路は、オーディオアンプや水を流れる非常に小さな電流を測定するプローブに役立ちます。それは皮膚の電流を拾うことができるほど敏感です。金属片に接続すると、タッチセンサー式のボタンを作成できます。

ダーリントントランジスタ

ダーリントントランジスタ

ショットキートランジスタ

ショットキートランジスタは、トランジスタとトランジスタの組み合わせです ショットキーダイオード これは、極端な入力電流を迂回させることによってトランジスタが飽和するのを防ぎます。ショットキークランプトランジスタとも呼ばれます。

マルチエミッタトランジスタ

マルチエミッタトランジスタは、の入力として頻繁に使用される特殊なバイポーラトランジスタです。 トランジスタロジック (TTL)NAND 論理ゲート 。入力信号はエミッターに適用されます。すべてのエミッタが論理高電圧によって駆動される場合、コレクタ電流は単純に流れなくなり、単一のトランジスタを使用してNAND論理プロセスを実行します。マルチエミッタトランジスタはDTLのダイオードに取って代わり、スイッチング時間と消費電力の削減に同意します。

デュアルゲートMOSFET

いくつかのRFアプリケーションで特に人気のあるMOSFETの1つの形式は、デュアルゲートMOSFETです。デュアルゲートMOSFETは、2つの制御ゲートが直列に必要な多くのRFおよびその他のアプリケーションで使用されます。デュアルゲートMOSFETは、基本的に2つのゲートがチャネルの長さに沿って次々に構成されているMOSFETの形式です。

このように、両方のゲートがソースとドレインの間を流れる電流のレベルに影響を与えます。事実上、デュアルゲートMOSFETの動作は、直列の2つのMOSFETデバイスと同じであると見なすことができます。両方のゲートは、一般的なMOSFETの動作に影響を与えるため、出力に影響を与えます。デュアルゲートMOSFETは、RFミキサー/乗算器、RF増幅器、ゲイン制御付き増幅器など、多くのアプリケーションで使用できます。

アバランチトランジスタ

アバランシェトランジスタは、アバランシェ降伏領域と呼ばれる、コレクタ-エミッタ間降伏電圧を超えるコレクタ-電流/コレクタ-エミッタ間電圧特性の領域でのプロセス用に設計されたバイポーラ接合トランジスタです。この領域は、アバランシェ降伏、ガスのタウンゼント放電と同様の発生、および負の微分抵抗によって特徴付けられます。アバランシェ降伏領域での動作は、アバランシェモード動作と呼ばれます。これにより、アバランシェトランジスタは、ナノ秒未満の立ち上がり時間と立ち下がり時間(遷移時間)で非常に高い電流を切り替えることができます。

この目的のために特別に設計されていないトランジスタは、適度に一貫したアバランシェ特性を持つことができます。たとえば、12年間にわたって製造された15V高速スイッチ2N2369のサンプルの82%は、350の立ち上がり時間でアバランシェブレークダウンパルスを生成できました。ジムウィリアムズが書いているように、90V電源を使用してps以下。

拡散トランジスタ

拡散トランジスタは、ドーパントを半導体基板に拡散させることによって形成されるバイポーラ接合トランジスタ(BJT)です。拡散プロセスは、BJTを作成するための合金接合および成長接合プロセスよりも後に実装されました。ベル研究所は1954年に最初のプロトタイプ拡散トランジスタを開発しました。元の拡散トランジスタは拡散ベーストランジスタでした。

これらのトランジスタには、以前の合金接合トランジスタのように、合金エミッタと時には合金コレクタがありました。ベースのみが基板に拡散しました。基板がコレクターを生成することもありましたが、Philcoのマイクロアロイ拡散トランジスタのようなトランジスタでは、基板がベースの大部分でした。

トランジスタの種類の応用

パワー半導体を適切に使用するには、デバイスのデータシートに記載されている最大定格と電気的特性を理解する必要があります。優れた設計手法では、小さなサンプルロットから取得した情報ではなく、データシートの制限を採用しています。評価は、デバイスの機能に制限を設定する最大値または最小値です。定格を超えて動作すると、不可逆的な劣化やデバイスの障害が発生する可能性があります。最大定格は、デバイスの極端な機能を示します。それらは設計環境として使用されるべきではありません。

特性とは、最小値、特性値、および/または最大値で表される、またはグラフで示される、個々の動作条件下でのデバイスパフォーマンスの尺度です。

したがって、これはすべてについてです トランジスタとは さまざまなタイプのトランジスタとそのアプリケーション。この概念をよりよく理解していただければ幸いです。 電気および電子プロジェクトを実施する 、下のコメントセクションにコメントして、貴重な提案をしてください。ここにあなたへの質問があります、トランジスタの主な機能は何ですか?