質問: バイポーラトランジスタについて バイポーラトランジスタについて質問があります。 先日バイポーラトランジスタの静特性に関する測定実験を行ったのですが、リニア状態・飽和状態、ならびに電流増幅作用がいまひとつ理解できませんでした。 また、作成したnpnバイポーラトランジスタ測定回路においてコレクタ側に抵抗を接続する理由も教えていただければ幸いです。どうやら二つの理由があるらしいところまではわかったのですが、詳しくはわかりませんでした。 よろしければ簡潔に説明をお願いします。 念のため回路の概略を記述しておきます。 ベース側には電源1.5vの乾電池、直列に1kω抵抗と可変抵抗がつながっており、コレクタ側には電源9vの乾電池と510ωの抵抗がこちらも直列に接続されており、エミッタ側はアースにのびています。 さらにib,ic,vbe,vceを測る電流計・電圧計が各部に適切に接続されている状態です。 実験内容としてvbe-ib特性グラフ、ib-ic特性グラフ、vce-ic特性グラフを作成しました。
回答: 工業高校生か高専生でしょうか。下のようなバンド図はご存知ですか? e b c _ __ /_\ __ / \\ \___ ___ バイポーラトランジスタは歴史的経緯から電流動作で説明されることが多いですが、理想的にはfetと同様電圧で動作するものであり、そう考える方が定性的には遥かに理解しやすいです。 エミッタ(e)は接地されていますから、ここを基準として負の電圧を掛けると上に、正の電圧を掛けると下にバンドは平行移動します。 ベース・エミッタ間の電圧が0のとき、バンドギャップに近い電位障壁があるので電流は流れず、p型半導体であるベース(b)には正孔がバンドの下に、n型半導体のエミッタ(e)には電子がバンドの上側に溜まっています。 ベース・コレクタ間は逆バイアスが掛かっているので、コレクタ(c)にはキャリアがありません。(空乏化している)。 ベース電流を流すと(正孔を注入すると)、正孔がエミッタ側に溢れ出ることにより電流が流れますが、エミッタの内部抵抗によりベース側に正の電圧がかかり、エミッタ・ベース間の障壁が下がります。 これによって電子もベースに溢れ出しますが、ベースは薄いのですぐにコレクタ側へ注入され、逆バイアス電圧によりコレクタ電極へ引き出されます。 コレクタ電流は、本質的にはベース・エミッタ間のpn接合の順方向電流であり、ベース・エミッタ間の電圧に指数関数的に増加します。 つまり、僅かなベース電流の注入(変化)によってコレクタ電流が大きく変化することが、トランジスタの「増幅作用」です。 但しある程度コレクタ電流が増えると、コレクタ抵抗による電圧降下によりコレクタ電圧が低下するため、ibとicの関係はリニアに近くなります。(リニア状態)。 またエミッタ・ベース間の電位障壁がある程度下がると、もうそれ以上下げられなくなり、コレクタ電流は増えません。(飽和状態)。 コレクタ抵抗は、上のように電流が流れすぎることを防いでリニア状態を作り出すとともに、トランジスタの破壊を防ぐために入れます。