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pnp型バイポーラトランジスタの特性についての質問です。

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ID非公開さん

2020/6/3012:33:16

pnp型バイポーラトランジスタの特性についての質問です。

バイポーラトランジスタは、コレクタ電流Icはベース電流Ibによって制御することができる(電流伝達特性)、また、コレクターエミッタ間電圧Vceを変化させてもIcは、ほとんど変わらない(出力特性)といった性質がありますよね。その特性の原理を教えていただきたいです。特に、出力特性がなぜそうなるのか分かりません。よろしくお願いします。

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2020/6/3013:00:36

Ic を Ib によって制御するというのは正確でなく、ベース-エミッタ間の電圧Vbeで Ic を制御すると考えたほうがいいです。

バイポーラトランジスタの動作原理はここのアニメ
http://kccn.konan-u.ac.jp/physics/semiconductor/diagram/a17.html
が分かりやすいです。

これはnpnトランジスタです。右側にある点滅する長方形のスライダをマウスなどで上方向に1段階押し上げると、Vbeを増やしたときのキャリアの動きになります。

Vbeを増やすと、エミッタ-ベース間の傾斜が減るので、ベースにいた正孔(白色の丸)がエミッタに拡散します(これがベース電流)。それと同時に、エミッタにいた電子(紫色の丸)がベースに拡散します(電子に対する傾斜も減るので)。エミッタの電子はそのままベースを通過してコレクタに到達します。これがコレクタ電流です(電流の向きは右から左方向)。

エミッタの不純物濃度はベースより高くしてあるので、コレクタ電流>ベース電流となります(コレクタ電流/ベース電流=電流増幅率)。

Vbeをさらに大きくすると傾斜がさらに減るので、ベース電流がさらに増えますが、コレクタ電流も同じ比率で増えるので、電流増幅率は同じです。したがって、Vbeを大きくすると、Ibが増えますが、同じ比率でIcも増えます。

一方、Vceを変化させてもIcがほとんど変わらないのは、Vceを変化させてもエミッタからコレクタに行く電子の数がほとんど変わらないからです。エミッタ-ベース間は「上り坂」になっているので、ここを移動できる電子の数はVbeの大きさで変わりますが、ベース-コレクタ間は「下り坂」になっているので、ベースまで来た電子は何の障害もなく、そのままコレクタに行きます。Vceを変えるというのはその下り坂」の傾斜を変えるということですが、Vceを変えても「下り坂」に変わりないので、コレクタ電流はほとんど変わりません(能動領域)。

Vceを小さくしすぎると、ベース-コレクタ間が「下り坂」でなく「上り坂」に変わるので、VceによってIcが変わります(飽和領域)。

  • 2020/6/3013:30:41

    >PN接合ダイオードを向か合わせて繋いだ構造
    その構造ではトランジスタになりません。「その理由を説明せよ」という問題もあるくらいです。

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npb********さん

2020/6/3014:43:17

OKちゃんのとおりだね!

>Ic を Ib によって制御するというのは正確でなく、ベース-エミッタ間の電圧Vbeで Ic を制御すると考えたほうがいいです。

これが正しいよ!
わかりますか?

これは難しいです。
この本を読んでくださいね!

OKちゃんのとおりだね!

>Ic を Ib...

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jr6********さん

2020/6/3013:14:07

基本的な原理は、PN接合ダイードそのものの特性が、そのまま現れます。

バイポーラトランジスタのベース電流に比例して大きなコレクタ電流が流れます、コレクタ電流は、ほぼエミッタ電流です。言い換えるとダイオードにエミッタ電流が流れているとも云えるのです。 その時のI(E)-V(F)特性は(ある意味)ほぼ、そのままI(C)-V(CE)特性だとも言なくもないのです。

ダイオードに流れる電流I(E)≒I(C)を大きく変化させても、ダイオード両端の電圧V)(F)は、ほとんど変化しませんよね? ダイードなんだから。

バイポーラトランジスタは、PN接合ダイオードを向か合わせて繋いだ構造なのだから、あたりまえ、と云えば、当たり前の特性とも云えるのです。

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