電子工学

トランジスタの特徴・役割(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

トランジスタの特徴・役割(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

「トランジスタ」 様々な情報を、色々と調べてみると、
なんとかデバイスがなんちゃらで、〇×△・・・ …です。

複雑な名称や記号が沢山でてきます。

この記事では、専門的要素からの種類や解説ではなく、基本的な要素で単純に説明いたします。

大分類

トランジスタは、仕様・機能などによる、型構成に大分類され

バイポーラ型:一般的なトランジスタ
電界効果型型:FET・・・
絶縁ゲートバイポーラ型:IGBT・・・
と詳細的に分類されていますが、本記事では基本的なバイポーラ型で解説します。

 

型分類

バイポーラ型トランジスタ(以下トランジスタと略す)は、p、n半導体から構成され下記の型で種別されます。

  • NPN型

    p型半導体をn型半導体に挟み込む構成

 

  • PNP型

    n型半導体をp型半導体で挟み込む構成

 

挟み込まれた半導体をベースと呼び、他の2つはそれぞれコレクタ、エミッタと呼びます。

トランジスタは、このベースに流れる電流をコントロール することにより、コレクタ・エミッタ間の電流の流れを制御する素子です。

 

記号

NPN型

NPN型トランジスタの記号、端子(足)配置

中央がベース、矢印が出ている先がエミッタと覚えましょう。
(矢印はトランジスタに電流が流れる向きに一致)

※小型汎用で一般的なNPNトランジスタ:2SC1815、2SC945などが有名です。


私自身、業務でも沢山お世話になっているスタンダードな一品です。

 

PNP型

基本的にNPN型と同様ですが、矢印が逆向きです。
(トランジスタに流れる電流の向きが矢印に一致で、PNPはNPNと逆に電流が流れます)

※小型汎用で一般的なPNPトランジスタ:2SA1015、2SA733などが有名です。

 補足
回路図では、電流は上から下へ表記することが多く、PNP型のトランジスタは、実際に(回路図上)、この様な配置(上下が逆)で表記されていることが多いです。

電流方向

NPN型

NPN型トランジスタは、ベースからエミッタに流し込む電流にて制御します。
ベースから電流を流し込むとによって、コレクタからエミッタへ電流が流れます。

ベース電流を変化させると、それに対応してコレクタ電流が変化します。

 

PNP型

PNP型トランジスタは、NPN型とは逆にベースへと流れ出る電流にて制御します。
ベース側へと電流が流れると、エミッタからコレクタへ電流が流れます。

つまり、NPN型の電流の方向が逆です。

結果同じ役割を持っています。(同じ役割の為、本記事NPN型を中心に記述しています)

役割

トランジスタの役割、どのような場面で使うか  ですが、増幅・・・(その言葉ではなく)

  • 少ない電流で大きな電流を制御する ➡ 沢山の電流を制御したいことなのです。

他記事にも解説いたしました「リレー」も、一部その役割は担いますが、
リレーとは?(初心者向け)基本的に、わかりやすく説明

リレーでさえ、その機能を動作させるべき力(電流)が大きいため、適さない場合があります。

他にも、

  • 光:電球、複数のLED、パワーLEDなど、結果大きな電流が必要なLEDの発光
  • 動:ソレノイド、モーターなど、大きな電流が必要
  • 音:スピーカーなどアンプに必要な大きな電流

 

制御

制御方法の一例をスイッチング動作にて簡単に述べますと、

  • 少ない水流で、大きな水流を制御

「1ccの水で100ccの水を制御」 : 水流制御バルブ

「1mAの電流で100mAの電流を制御」 : トランジスタ

  • Bに1流すと ➡ C・E間では100倍の流れ

 

制御例

トランジスタの制御例を一部を示します。

例① :
検出信号10mAのセンサーで、コイル電流100mAのリレーを制御

 

例② :
出力10mAまでのIC等で、100mAのLEDを発光

 

例③ :
出力20mAまでのCPUで、200mAのモーター作動

 

まとめ

  • 一般的なトランジスタは、バイポーラ型、構造上の半導体の構成によってNPN型・PNP型と別れる。
  • 挟み込まれた半導体がB(ベース)、その他がC(コレクタ)、E(エミッタ)
    ベースに流れる電流をコントロール することで、コレクタ・エミッタ間の電流が制御される。
  • NPN型とPNP型は流れる方向の違い、機能は同じ。

 

トランジスタの役割 :

少ない電流で大きな電流を制御する ➡ 沢山の電流を制御したい

大活躍な電子部品です。