ダイオードとpn接合では半導体を利用したダイオードの解説を行いました。半導体はダイオード以外にもトランジスタとして利用することができるので、この項以降では、このトランジスタについて解説していきます。
トランジスタとは、主に以下の2つの役割を果たすための半導体デバイスです。
- 電流のターンオン・ターンオフ制御
- 電流の増幅
つまり、電気回路においてスイッチのように入れたり切ったりできるほか、トランジスタ前後で流れる電流を大きくすることも可能です。
トランジスタはその構造やメカニズムによって様々な種類に分類されますが、この項では、最も一般的なバイポーラトランジスタについて解説します。その他のトランジスタについては次項以降で扱います。
バイポーラトランジスタの構造は、n形半導体とp形半導体を3つ使って、3層に重ね合わせた構成をなっています(ちなみに、ダイオードとpn接合のページで扱ったダイオードは、n形半導体とp形半導体の2層構造でした)。3層の重ね方は、npn形またはpnp形の2パターンがあります。また、回路図中では、次のような記号で表されます。
上図はnpn形のバイポーラトランジスタを表していて、上から順に、C(コレクタ)、B(ベース)、E(エミッタ)と層に名前がつけられています。つまり、コレクタとエミッタにはn形半導体を、ベースにはp形半導体を用いています。
pnp形でも同様に、上からコレクタ、ベース、エミッタとなりますが、エミッタ側にある矢印の向きが反対になります。この場合、使われる半導体は、コレクタとエミッタではp形半導体、ベースではn形半導体です。ただし、電験三種の試験で出題されるものはほとんどが上記のnpn形なので、npn形について押さえることが重要です。
細かいメカニズムについては電験三種の試験においてあまり重要ではないので割愛しますが、仕組みとしては、ベースに小さな電流が流れると、コレクタ-エミッタ間に大きな電流が流れます。また、ベースに流れる電流がちょっとでも変化すると、コレクタ-エミッタ間を流れる電流は大きな変化となって現れます。
このようにして、回路を流れる電流のオン・オフ制御や電流の増幅を行っています。
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