バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』について

この記事ではバイポーラトランジスタのh_FE-I_C特性について説明します。

バイポーラトランジスタの『h_FE-I_C特性』とは

バイポーラトランジスタのh_FE-I_C特性とは、直流電流増幅率h_FEとコレクタ電流I_Cの関係を表した特性のことです。

直流電流増幅率h_FEは、バイポーラトランジスタのベース電流I_Bとコレクタ電流I_Cの比率であり、以下の式で表されます。
\begin{eqnarray}
h_{FE}=\frac{I_C}{I_B}
\end{eqnarray}

直流電流増幅率h_FEの値は様々であり、一般的な値は100～500程度で、小さいものだと10程度、大きいものでは1000程度のものもあります。例えば、直流電流増幅率h_FEが100のトランジスタの場合、100mAのコレクタ電流I_Cを流すには1mAのベース電流I_Bが必要ということになります。言い換えると、わずか1mAのベース電流I_Bの変化で100mAもコレクタ電流I_Cを制御できるのがバイポーラトランジスタの特徴です。

また、バイポーラトランジスタの『h_FE-I_C特性』は温度とコレクタ-エミッタ間電圧V_CEによって変化します。次にこの温度特性について説明します。

バイポーラトランジスタの『h_FE-I_C特性』の温度特性

『h_FE-I_C特性』はバイポーラトランジスタのデータシートに載っています。上図は東芝製の2SC1815の『h_FE-I_C特性』です。データシートには温度やコレクタエミッタ間電圧V_CEを振った時の特性が記載されています。

上図は温度を『100℃,25℃,-25℃』と振った時とコレクタ-エミッタ間電圧V_CEを『1V,5V』と振った時の『h_FE-I_C特性』となっています。

直流電流増幅率h_FEは温度によって大きく変化し、温度が高いほど直流電流増幅率h_FEは大きくなります。

一例として、コレクタ電流I_Cが10mAの箇所を見てみましょう。温度が25℃の時の直流電流増幅率h_FEは150ですが、温度が-25℃の時の直流電流増幅率h_FEは100となっています。

そのため、バイポーラトランジスタが動作するギリギリの設計をした場合、高温の時は動作して、低温の時は動作しないということが起きてしまうことがあるので注意してください。そのため、低温の環境で動作させる場合は、直流電流増幅率h_FEが低下しても問題が生じないような工夫が必要となります。

バイポーラトランジスタの『h_FE-I_C特性』のコレクタ-エミッタ間電圧V_CE特性

直流電流増幅率h_FEはコレクタ電流I_Cとコレクタ-エミッタ間電圧V_CEの値によって変化します。

上図は東芝製の2SC1815の『h_FE-I_C特性』です。

温度が25℃の時の特性を見てみると、コレクタ-エミッタ間電圧V_CEが5Vの時(実線の時)はコレクタ電流I_Cが100mAになるまで直流電流増幅率h_FEは低下していません。一方、コレクタ-エミッタ間電圧V_CEが1Vの時(点線の時)はコレクタ電流I_Cが30mA以上になると直流電流増幅率h_FEが低下していることが分かります。すなわち、コレクタ-エミッタ間電圧V_CEに余裕がないと、直流電流増幅率h_FEを一定に維持できなくなるのです。

補足