電気主任技術者試験講座 トランジスタ

トランジスタは「バイポーラトランジスタ」と「電界効果トランジスタ(FET)」という主流のタイプがあります。ほとんどのトランジスタは、「バイポーラトランジスタ」か「電界効果トランジスタ(FET)」に属します。
バイポーラトランジスタは、半導体に電子と正孔のキャリアを持ち動作します。FETは、キャリアが電子又は正孔のいずれかのみを持ち、動作します。尚、FETはユニポーラトランジスタとも呼ばれます。

バイポーラトランジスタはp型とn型の半導体を、npnあるいは、pnpに接合したトランジスタで、接合型トランジスタとも呼ばれます。npn型のトランジスタは下図のようになります。

エミッタ、ベース、コレクタという3つの端子を持ちます。動作の原理は、エミッタ側に−、コレクタ側に+の電圧をかけると、エミッタの電子がコレクタ側に引き寄せられ、ベースの正孔と結びつきます。
コレクタ内の電子も+極に引き寄せられ、空乏層が形成されます。
ここで、ベースを+として、エミッタ−ベース間に電圧をかける(順方向バイアスをかける)と、ベースに正孔が注入され、エミッタの電子がさらに移動します。
結果として、トランジスタ全体に電流が流れます。つまり、ベース電流の大小により、コレクタ電流を変化させることができ、電流制御素子としての役割を果たします。

FETは単極板のトランジスタで下図のように、ソース・ゲート・ドレインという端子を持ちます。ゲート部分の構造により、FETは接合型とMOS型に分類され、図は金属(metal)−酸化物(oxide)−半導体(semiconductor)となっていることから、その頭文字をとってMOSと呼ばれています。

動作の原理は、ソース側に−、ドレイン側に+、ゲートに+の電圧をかけると、ゲート極付近のp型シリコンウエアの正孔を下の方へ移動させ、空乏層を形成させます。
ソースからは、電子が流れ出て、ドレインに移動しようという流れ(この場合n型チャンネルという)ができ、トランジスタ全体に電流が流れます。
この原理は、チャンネルがn型なのでNMOS型と呼ばれますが、正孔がキャリアとなるものは、PMOS型と呼ばれ、電圧や電流の向きが逆方向となります。
FETは、ゲート電圧の大小によって、ソースとドレイン間の電流を制御する半導体素子です。

FETは、半導体の中を移動する多数キャリヤを( ア )電圧により生じる電界によって制御する素子であり、接合形と( イ )形がある。次の記号は接合形の( ウ )チャネルFETを示す。
上記の記述中の空白箇所( ア )、( イ )、( ウ )に記入する字句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

 
(ア)
(イ)
(ウ)
(1)
ゲート
MOS
n
(2) ドレイン
MSI
p
(3)
ソース
DPI
n
(4) ドレイン MOS
p
(5)
ゲート
DPI
n

答え (1)

バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタ(FET)に関する記述として、誤っているのは次のうちどれか。

(1) バイポーラトランジスタは、消費電力がFETより大きい。
(2) バイポーラトランジスタは電圧制御素子、FETは電流制御素子ともいわれる。
(3) バイポーラトランジスタの入力インピーダンスは、FETのそれよりも低い。
(4) バイポーラトランジスタのコレクタ電流は自由電子及び正孔の両方が関与し、FETのドレーン電流は自由電子又は正孔のどちらかが関与する。
(5) バイポーラトランジスタは、静電気に対してFETより破壊されにくい。

答え (2)

電界効果トランジスタ(FET)に関する記述として、誤っているものは次のうちどれか。

(1) 接合形とMOS形に分類することができる。
(2) ドレーンとソースとの間に電流の通路には、n形とp形がある。
(3) MOS形はデプレッション形とエンハンスメント形に分類できる。
(4) エンハンスメント形はゲート電圧に関係なくチャネルができる。
(5) ゲート電圧で自由電子又は正孔の移動を制限できる。

答え (4)

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