質問: パワートランジスターはそれ自体の発熱でなぜ壊れないの? 本来は「オーディオ」のカテゴリーで質問するべきなのでしょうが、マニア諸氏には多分難解?と思い、あえて専門的に物理に詳しい方のご回答を頂けたらと思いました。 パワートランジスター(特にメタルキャン型)は相当発熱しますよね。 特にa級アンプなどでは触るとマジで火傷するくらいです。 入力(ベース)は増幅されてコレクタから出力されること、またコレクタ損失というくらいなので金属ケース自体がコレクタであるということは分かっていますが・・・ 本来、シリコンやゲルマニウムといった半導体は熱に極端に弱いはず。 それなのに動作しているときにあれほどの熱を出すのは一見、矛盾しているように思えます。(発熱によって素子自体破壊しないの?) 長年のこの疑問にお答え頂けると喜びます。
回答: 金属は自由電子があるため、自由電子の移動により電流が流れます。 絶縁体は自由電子がないため電圧を加えても電流が流れません。 半導体は不純物を入れることによりキャリアを作ることができ、キャリアの移動により電流が流れます。 トランジスタは小さい信号でキャリアの量を加減することができ、それにより出力電流値をコントロールします。 トランジスタに掛かっている電圧(直流電圧-出力電圧)と電流を掛けたものが電力損失になります。つまりトランジスタは直流電源からの電力を出力に伝えますが、あまった電力がトランジスタ内で熱に変わってしまうわけです。 身近なところでは半田ごてがありますね。20wの半田ごてでもはんだが溶けるわけですから200°Cはあります。それを60°C程度に下げるには、そこそこ大きいヒートシンクが必要なことも納得いただけるかと思います。 コレクタ側(ドレイン側)の電圧の方が高いので、電力はコレクタ側(ドレイン側)のほうが大きく、発熱も大きいと思います。 しかしトランジスタのケース温度は金属部もプラスチック部も実際はほとんど変わらないと思います。同じ温度でも金属の方が熱く感じるものなのだと思います。 シリコンコンパウンドなども比較的よく熱を伝えるものを使っているはずです。そうでないと熱がトランジスタ内にこもってしまい、小電力でも破壊してしまいます。