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電流増幅作用について、ベース-エミッタ間に小さな電流を流すとコレクタ-エミッタ...

rin********さん

2019/4/2910:42:25

電流増幅作用について、ベース-エミッタ間に小さな電流を流すとコレクタ-エミッタ間に大きな電流が流れるのはなぜですか?

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okw********さん

2019/4/2911:32:15

バイポーラトランジスタの動作はここ
http://kccn.konan-u.ac.jp/physics/semiconductor/diagram/a17.html
のアニメが分かりやすいです。これはNPNタイプのトランジスタの例です。

右側にある空色の長方形(スライダ)をマウスで上にずらしていくと、ベース-エミッタ間電圧が大きくなります(コレクタ-エミッタ間電圧は固定)。そうすると、ベース-エミッタ間の障壁(傾斜している部分)が低くなっていくので、ベース領域にある正孔(白丸)が拡散によってエミッタ側に移動していきます。それがベース電流です。正孔は+の電荷を持っているので、正孔の移動方向がベース電流の流れる向きになります。

それと同時に、エミッタにある電子(紫色の丸)がベース側に拡散していきますが、この電子はベースを通り過ぎてコレクタに到達します(ベース-コレクタ間には障壁はないので容易に移動できる)。この電流がコレクタ電流です。電子はコレクタ側に動きますが、電流の向きはこれと反対なのでコレクタからエミッタに電流が流れます。

このように、ベース-エミッタ間電圧(ベース-エミッタ間の障壁高さ)を変化させることで、エミッタからコレクタに移動する電子数(コレクタ電流)を制御しているのがバイポーラトランジスタの動作原理です。ベース電流に対するコレクタ電流の比率を電流増幅率と言いますが、実際にはベース電流が増幅されてコレクタ電流になっているわけではありません。

コレクタ電流がベース電流より大きいのは、「エミッタ領域の不純物濃度>ベース領域の不純物濃度」としているからです。ベース電流はベース領域の不純物濃度で決まり、エミッタ電流(≒コレクタ電流)はエミッタ領域の不純物濃度で決まります。ベース-エミッタ間電圧大きくしたとき、ベース電流もコレクタ電流も指数関数的に増えますが、ベース電流の変化率とコレクタ電流の変化率はほぼ同じなので、ベース電流に対してコレクタ電流はいつも大きく、その比率(電流増幅率)はほぼ一定になります。

  • okw********さん

    2019/4/2911:37:07

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