[にょろにょろ工房]電子工作

（旧館から）
自分で忘れないための覚え書きみたいなものですが...

トランジスタってどういうものか、簡単にまとめてみました。

用語
※電圧は電気を送り出す圧力：単位はV（ボルト）
※電流は流れる電気の量：単位はA（アンペア）
※電力は電気の量。電圧 x 電流：単位はW（ワット）
※電子はマイナスからプラスに流れるが、電流はプラスからマイナスに流れると表現されます。）
※しきい値：ON/OFFの境目 FET(Field Effect Transistor)

■トランジスタとは
半導体を組み合わせて作った素子。 小さな電流で大きな電流を制御することができる。（増幅作用）
振り切れる使い方をするときは特別にスイッチングといいます。

■パッケージ（形状）
トランジスタはむき出しの半導体は、空気中の不純物で特性が変わりやすく、また、自らの熱で壊れてしまうので、 製造されている物は、定型化された樹脂のパッケージに入っています。
その大きさは、制御できる電流の大きさや、電圧の大きさによって決まることが多いです。
端子以外に放熱や固定のために金属部分が表に出ていることがありますが、いずれかの端子と内部で接続されていることが多いので、ショートしないように注意しなければいけません。
ちなみに、パッケージの形だけからトランジスタと判断するのは難しい。ダイオードやICなども同じ形をしていることがあります。

■トランジスタの端子
各端子の役割は、トランジスタの利用の方法によって変わってしまいます。 もっとも代表的な使い方の場合について取り上げてみましょう。 （後述する共通エミッタの場合）
B ベースは、制御するための端子です。ここに流れる電流の大きさを変えて制御します。
C コレクタは、エミッタから入った電流をベースで制御して取り出せる端子です。 負荷を駆動します。
E エミッタは、電流が供給される端子です。 ベースとの間では制御用の電流が、コレクタとの間では出力用の電流が供給されます。
品番やパッケージによって、端子のレイアウトは変わってしまうので、使用する前に確認が必要です。

■電流の向きとトランジスタの種類
エミッタからベースに電流を吸い出すことで、エミッタからコレクタに電流を吸い出す量を制御できるものをPNP型という。
E→B　E→C
ベースからエミッタに向かって電流を流し込むことで、コレクタからエミッタに向かって電流を流し込む量を制限できるものをNPN型という。
E←B　E←C
製品の記号はPNP型は2SAか2SBではじまり、NPN型は2SCか2SDで始まることが多い。

■トランジスタの材質、P型、N型
PNPとかNPNとは、トランジスタの材質、半導体の組み合わせ方を表している。 PNPは順番にP型、N型、P型の半導体が組み合わされている。 NPNは順番でN型、P型、N型の半導体が組み合わされている。

■トランジスタの使い方（共通エミッタ、PNP型の場合）
PNP型はエミッタからベースに電流が流れるとエミッタからコレクタに電流が流れます。 そのためベースはエミッタと同じか低い電圧、コレクタもエミッタと同じか低い値になります。
各端子の接続は、エミッタを電源供給側につなぎます。
ベースが電源と同じ電圧の場合は電流が流れないのでコレクタにも電流が流れず、 ベースがエミッタの電圧より低くなるとコレクタの電圧が電源に近くなりコレクタに電流が流れるようになります。
コレクタは負荷のプラス側です。
アースに負荷のマイナス側を接続すると、ベースがエミッタと同じ時は電流が流れず、 ベースの電圧を下げていくとそれにあわせてコレクタの電圧が上がり電流が流れるようになります。
実際にはエミッタとより若干低い電圧でも、エミッタと同じと見なされます。 品番によりどのくらい電圧差があってもいいのかは違ってきます。 コレクタから取り出される電流は、エミッタにつないだ電圧よりも低い電圧で流れます。 （約0.65Vの差がある）電圧降下といいます。

■トランジスタの使い方（共通エミッタ、NPN型の場合）
NPN型はエミッタにベースから電流が流れるとエミッタにコレクタから電流が吸い込まれます。 そのためベースはエミッタと同じか高い電圧をかけ、コレクタもエミッタと同じか高い値になります。
各端子の接続は、エミッタをアースにつなぎ、ベースがアースと同じ電圧の場合は電流が流れないのでコレクタにも電流が流れず、 ベースがエミッタの電圧（アース）より高くなるとコレクタの電圧が下がり電流が吸い込まれるようになります。
コレクタは負荷のマイナス側。電源に負荷のプラス側を接続すると、ベースがエミッタと同じ時は電流が吸い込まれず、 ベースの電圧を上げていくとそれにあわせてコレクタの電圧が下がり電流が吸い込まれる用になります。
実際にはエミッタとより若干高い電圧でも、エミッタと同じと見なされます。
品番によりどのくらい電圧差があってもいいのかは違ってきます。
コレクタに吸い込まれる電流は、エミッタにつないだ電圧よりも高い電圧で流れます。高くなるけど、こちらも （約0.65Vの差がある）電圧降下といいます。

■トランジスタの増幅率（共通エミッタ）
ベース、エミッタ間に流れる電流とコレクタエミッタ間に流れる電流の比を増幅率(hfe)といいます。
小型の物では100倍程度。大型の大電流対応の物で5~30倍程度になります。
この数字を大きくする場合は、複数のトランジスタを使い、増幅率を分担します。
また、特殊な接続（ダーリントン）を使うと、効率よく増幅率を上げることができます。
そのため、ベースの電圧が高いのに、電流がほとんど流れない場合はコレクタに流れる電流も小さくなってしまいます。
ベースに流れる電流を増幅率倍した電流がコレクタに流れます。

■制限抵抗
コレクタに流れる電流はベースで制限されますが、ベースに流れる電流を制限されることはありません。 ところが、電流を流しすぎるとトランジスタが発熱し燃えるか破裂します。 制御側で制限されていない電流を流す場合は、それを防ぐためにはベースには制限抵抗をつけます。 デジタルなICとつなぐときにも必要です。 品番によっては、パッケージの中に最初から制限抵抗が内蔵されている物もあります。

■トランジスタの発熱
主にトランジスタは、内部流れる電流が電圧降下する時に発熱します。 電圧降下は一定なので、電流によって変わります。 細かく見ると、漏れ電流や内部配線の発熱もありますが極微少なレベルです。 発熱すると破壊してしまうので注意してください。 最大定格として出ている電流の数字はもっとも効率よく放熱した場合なので、 実際には、その半分以下で壊れることもあります。 放熱はケースと各端子から行われます。 発熱が大きな物は、ケースの一部が金属になっていたり、ケース自体が金属でできていたりします。 自然対流で放熱する場合は各パッケージの形状に合わせたヒートシンクを利用します。 ファンによる強制空冷やピエゾ素子などによる強制冷却も有効です。 また、密閉されるケースの場合は、ケース自体に熱伝導の良いシリコンなどの絶縁シートと放熱グリスをはさんで取り付けます。 小電流を扱う場合は、端子から基板に逃げる熱で十分冷却されるので、特に気にする必要はありません。

■いろいろな接続
これまで取り上げたトランジスタの接続法はエミッタを電流供給源につなぐ共通エミッタが中心でしたが、それ以外にもいろいろな接続法があります。

■トランジスタの使い方
増幅、スイッチが中心ですが、応用回路として、増幅を発展させた発振回路、比較回路、電流制限、電圧制限などいろいろな応用回路があります。