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トランジスタ

 

トランジスタってこんなもの。

1. 1948年、ベル電話研究所で誕生。

当時の電子工業界に対して、かつてないほどの衝撃を与えたトランジスタの発明は、1948年になされました。
そして、まさにその時が、今日のエレクトロ時代の幕開け。その後のコンピュータをはじめとするエレクトロニクス技術の急速な発展。私たちの生活をこれほどまでに豊かにしてくれた、その貢献度を考えると、発明者のW.ショックレー、J.バーディ-ン、W.ブラッテンの3人の物理学者がノーベル賞を受賞したのは当然といえるでしょう。
これからの発明で、トランジスタに匹敵するほどのものがあるのか、ないのか…。ともかく、それほどトランジスタは現代に大きなインパクトを与えたといえるでしょう。

2. ゲルマニュウムからシリコンへ。

トランジスタは、当初、ゲルマニュウムという物質(半導体)で作られていました。
ところが、ゲルマニュウムは約80°C程度でこわれてしまうという欠点があったため、今では、そのほとんどがシリコンになっています。ちなみに、シリコンは約180°C位の熱にも耐えられる物質。

3. トランジスタの働きは、「増幅」と「スイッチング」。

たとえば、ラジオ。空中を伝わってきた極めて微弱な信号の強弱を拡大(増幅)して、スピーカーを鳴らす。こんな働きをするのがトランジスタの増幅作用。
入力信号の波形を変えずに、その電圧や電流の大きさのみを拡大しているわけです。この場合はアナログ信号の場合でしたが、コンピュータなどで使用されるデジタル信号では、トランジスタは0と1を切り換えるスイッチの役割を果たしています。
ICやLSIといっても結局はトランジスタの集合、その働きの基本となるのはこのトランジスタの増幅作用です。

4. 抵抗とトランジスタが1つのチップに・・・。

従来、基板上で別々に実装されていた抵抗とトランジスタに着目し、
トランジスタチップに抵抗を内蔵したものが、デジタルトランジスタです。
このデジタルトランジスタのメリットは、
1. 実装面積の削減、2. 実装時間の削減、3. 部品点数の削減など、数多くあります。

抵抗
トランジスタ
デジタルトランジスタ
デジタルトランジスタ

デジタルトランジスタはロームの特許です。
抵抗内蔵トランジスタは、ロームが世界で初めて開発し、特許を取得しています。

5. ベースは水道の栓、エミッタは配管、コレクタは蛇口。

トランジスタの働きを水道の機構にたとえてみます。トランジスタには3本の足があります。それぞれエミッタ、ベース、コレクタといい、ベースは水道の栓、コレクタは蛇口そして、エミッタはさしずめ配管でもというふうになるかもしれません。水道の栓を小さな力(ベースへの入力信号)でコントロールする事ことで、蛇口からほとばしりでる大きな水の(コレクタに流れる電流)を調節する…。とまあ、こんなふうに考えれば身近な感じで理解できます。

ベースは水道の栓、エミッタは配管、コレクタは蛇口

6. 正しい説明をいたしましょう。

では、もうすこし詳しくトランジスタの増幅原理を図1および図2を使って説明しましょう。入力電圧eとバイアス電圧E1作られるベース-エミッタ間電圧 (VBE) に比例した電流 (IB)のhfe ※1 倍の電流 (IC) がコレクタを流れることとなります。このコレクタ電流ICが抵抗RLを流れることで、IC×RLの電圧が抵抗RLの両端に現れます。結局入力電圧eがICRLという電圧に変換(増幅)されて出力に現れることとなります。

※1:hFEトランジスタの直流電流増幅率。

図1と図2

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