電子工学

トランジスタとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

トランジスタとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

最近ではあまり耳にしなくなった「トランジスタ」・・・、

トランジスタがラジオではありません・・・
正確には、トランジスタを使ったラジオです。

その役割は真空管から始まり、現代では大活躍、なくてはならない電子部品です。

 

語源

「transfer = 伝達」 と 「resistor = 抵抗」 を合わせた造語で、
電気の流れをコントロールする意味から由来されています。

 

歴史

1930年 AT&T社(米):
電話通信にて長距離における音声信号の減衰を真空管で増幅
真空管は小型化が難しく(構造や寿命の問題が課題)

1938年 同社 ウィリアム・ショックレー:
新たな増幅研究 、軍事用レーダー研究

1947年 半導体(ゲルマニウム)に伴う、電流の増幅作用があることを発見

1951年 改良、量産型、動作原理証明 特許申請

1956年 ノーベル物理学賞

上記のように、トランジスタが発明される前、この作用を得る電子部品は「真空管」が使用されていました。
トランジスタの登場で、機器の小型化、高性能、高寿命化が可能となり、現代では、携帯、ノートPC、など電子機器からあらゆる電気産業製品に大活躍しています。

 

機能

トランジスタには2つの大きな作用があります。

  • 増幅作用
    小さな電気信号を大きい電気信号に変換する。
  • スイッチング作用
    電気信号の流れを高速で制御(ON/OFF)する。

これら機能の仕組みは、基本的なことから専門的な詳細まで、様々な書籍及び、Webにも多数の情報があります。

いつも思いますが、ただでさえ見えない電気・・・
その増幅??? など・・・複雑で余計わからなくなり、嫌いになりますよね

ここからは、わかりやすく例えに置き換え説明します。
(例えての表現ですので、専門的には少し異なりますがご了承下さい)

 

増幅作用

増幅作用とは、信号を元より大きな信号として出力する作用。

しかし、この「増幅」と言う言葉が、まぎらわしく・混同されやすいのです。

  •  増幅 = 物が増える
    金1g ➡ トランジスタ(増幅) ➡ 金100g なわけないですよね

 

解説

増幅作用を、いつもの例えで表現する、電気を水に変えて解説します。

上記の様な表現で考えてしまうと、
水10ccが増幅によって、水100ccに増える
➡ 自然に(勝手に)どこから水が涌いて10倍になる なりませんよね

そこで、下記のような図例で見直して下さい。

 

元から100の流れがある水を、0~10の水で制御する。

つまり、結果的に増幅した様に見える、これを「増幅作用」と定義しているのです。

次に、上記の水の流れをイメージしながら、水管バルブに置換えてみて下さい。

上からの、大きな水流を横からの水流バルブで制御とイメージして・・・
各部に名称を付け、次に、実際のトランジスタ(記号)に置き換えてみます。

 

 

水バルブ トランジスタ
少ない水流でバルブ回転 → 水の水量を調節する 微弱な電流で → 大きな電流をコントロール

 

この電流制御が、トランジスタの増幅作用となります。

スイッチング作用

増幅作用のような、強弱をコントロールことではなく、微調整などしないで、一気に大きな流れを制御すること、これがスイッチング作用です。

 

これは、少ない水流で大きな水の流れを一気に制御する「リレー」と類似していますが、
リレーとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

トランジスタは、小型で高速、省電力で作用します。

 

電極

トランジスタは、半導体を用いて構成され3つの電極があり、ベース(base)、コレクタ(collector)、エミッタ (emitter)、ぞれぞれ名前がついています。

  • (ベース)
    土台(機構上)、つまりベース(base)
  • (コレクタ)
    電子収集(Collect)
  • (エミッタ)
    電子放出(Emitting)

 

まとめ

  • 増幅作用「真空管」を用いて利用していたが、軍事産業で研究から発明された、消費電力が少なく高寿命な「トランジスタ」を半導体を用いて発見、開発された。
  • 増幅作用:微弱な電流で、大きな電流へコントロール
  • スイッチング作用:微弱な電流で、一気に大きな電流のON/OFF制御

 

トランジスタは、電気的仕様(目的・電力など)によって、超小型なものから、放熱板を持っ大型製品まで様々な形で供給されています。

現代では、一般家電製品から産業機器までさまざまな製品に 及び、より高密度化に伴う、集積回路(IC)やCPU(中央演算処理装置)の内部構成にも応用されています。

本記事では、トランジスタの役割を、例えを元に砕いて(専門的には少し異なる意味合いもあります)記述してみました。