コレクタエミッタ間飽和電圧VCE(sat)とは？『VCE(sat)-IC特性』などを解説！

この記事ではコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)やV_CE(sat)-I_C特性について詳しく説明します。

コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)とは？

バイポーラトランジスタのパラメータの1つにコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)というものがあります。

コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)とは、トランジスタがオンの状態におけるコレクタエミッタ間の電圧のことを指します。

もう少し詳しく説明すると、バイポーラトランジスタはベース電流I_Bを流すと、h_FE倍のコレクタ電流I_Cが流れます。

そこで、上図の回路において、ベース電流I_Bを大きくすると、コレクタ電流I_Cも大きくなります。コレクタ電流I_Cが大きくなると、抵抗R_Cでの電圧降下(R_C×I_C)が大きくなり、コレクタエミッタ間電圧V_CEが小さくなります。

すなわち、ベース電流I_Bを大きくすると、コレクタエミッタ間電圧V_CEが小さくなるということです。

しかし、コレクタエミッタ間電圧V_CEは完全には0Vにならず、微妙に電圧が残ってしまいます。この電圧のことをコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)といいます。

補足

V_CE(sat)の『sat』は『saturation』の略です。つまり飽和の意味となります。
コレクタエミッタ間飽和電圧はコレクタ飽和電圧と呼ばれることがあります。
コレクタエミッタ間飽和電圧は英語では、『Collector to Emitter Saturation Voltage』と書きます。
バイポーラトランジスタをスイッチとして使う場合、オン状態における導通損失P_LOSSは「P_LOSS=V_CE(sat)×I_C」となります。そのため、コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)が大きいと、導通損失P_LOSSが大きくなります。特に、大電力動作(I_Cが大きい時の動作)では損失が大きくなり、発熱の要因となるので注意してください。

コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)の値

コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)はバイポーラトランジスタによって変わります。データシートを確認してください。

上図は東芝製バイポーラトランジスタ(2SC1815)の電気的特性です。赤色の箇所がコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)となっています。ベース電流I_B=10mA、コレクタ電流I_C=100mAの時におけるコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)が記載されており、2SC1815は標準0.1V、最大0.25Vとなっています。

コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)の値(ダーリントントランジスタ)

ダーリントントランジスタでは、2段目のバイポーラトランジスタのベースエミッタ間電圧V_BE2が加わるため、コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)が大きくなります。

上図はローム製バイポーラトランジスタ(2SD2142) の電気的特性です。赤色の箇所がコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)となっています。ベース電流I_B=0.1mA、コレクタ電流I_C=100mAの時におけるコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)が記載されており、2SD2142は最大1.5Vとなっています。

バイポーラトランジスタの『V_CE(sat)-I_C特性』について

『V_CE(sat)-I_C特性』には、『I_C/I_Bを一定にして、温度をパラメータとしている特性』と『温度を一定にして、I_C/I_Bをパラメータとしている特性』があります。各特性について説明します。

温度がパラメータの『V_CE(sat)-I_C特性』

上図に東芝製2SC1815の『V_CE(sat)-I_C特性』を示しています。

横軸がコレクタ電流I_C、縦軸がコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)となっています。ベース電流I_Bの条件は青色の箇所であり、

I_C/I_B=10

⇔I_B=I_C/10

となりますので、横軸のコレクタ電流I_Cの10分の1の電流をベースに流すということになります。

また、周囲温度Taのパラメータが

Ta=-25℃
Ta=25℃
Ta=100℃

の3つあります。

温度が上がるほど、『V_CE(sat)-I_C特性』が上にシフトしていることが分かります。すなわち、温度が上がるほど、コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)が大きくなるため、導通損失P_LOSS(P_LOSS=V_CE(sat)×I_C)が増加します。

I_C/I_Bがパラメータの『V_CE(sat)-I_C特性』

上図にローム製の2SCR523の『V_CE(sat)-I_C特性』を示しています。

横軸がコレクタ電流I_C、縦軸がコレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)となっています。温度がの条件はオレンジ色の箇所であり、

Ta=-25℃

となっています。

また、I_C/I_Bのパラメータが

I_C/I_B=10/1=20

⇔I_B=I_C/10

I_C/I_B=20/1=20

⇔I_B=I_C/20

の2つあります。「I_C/I_B=10/1」は横軸のコレクタ電流I_Cの10分の1の電流をベースに流すということ、「I_C/I_B=20/1」は横軸のコレクタ電流I_Cの20分の1の電流をベースに流すということを意味しています。

「I_C/I_B=10/1」の方がグラフが下にあることが分かります。すなわち、ベース電流I_Bが大きい方が、コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)が小さくなるということになります。

まとめ

この記事ではバイポーラトランジスタの『コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)』について、以下の内容を説明しました。

当記事のまとめ

バイポーラトランジスタの『コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)』とは
バイポーラトランジスタの『コレクタエミッタ間飽和電圧V_CE(sat)』の値
バイポーラトランジスタの『V_CE(sat)-I_C特性』について

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