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バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』について

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この記事ではバイポーラトランジスタのhFE-IC特性について説明します。

バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』とは

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

直流電流増幅率hFEは、バイポーラトランジスタのベース電流IBとコレクタ電流IC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hFE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hFEが100のトランジスタの場合、100mAのコレクタ電流ICを流すには1mAのベース電流IB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IBの変化で100mAもコレクタ電流IC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『hFE-IC特性』は温度コレクタ-エミッタ間電圧VCE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『hFE-IC特性』の温度特性

バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』の温度特性
『hFE-IC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『hFE-IC特性』です。データシートには温度コレクタエミッタ間電圧VCE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℃』と振った時コレクタ-エミッタ間電圧VCEを『1V,5V』と振った時の『hFE-IC特性』となっています。

直流電流増幅率hFE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hFE大きくなります。

一例として、コレクタ電流IC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hFEは150ですが、温度が-25℃の時の直流電流増幅率hFE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hFE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『hFE-IC特性』のコレクタ-エミッタ間電圧VCE特性

バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』のコレクタ-エミッタ間電圧VCE特性
直流電流増幅率hFEコレクタ電流ICコレクタ-エミッタ間電圧VCEの値によって変化します。

上図は東芝製の2SC1815の『hFE-IC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VCEが5Vの時(実線の時)はコレクタ電流ICが100mAになるまで直流電流増幅率hFEは低下していません。一方、コレクタ-エミッタ間電圧VCEが1Vの時(点線の時)はコレクタ電流ICが30mA以上になると直流電流増幅率hFE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VCEに余裕がないと、直流電流増幅率hFEを一定に維持できなくなるのです。

補足

  • 直流電流増幅率はhFEではなくβ(ベータ)で表すこともあります。一方、交流電流増幅率は小信号電流増幅率hfe(=ΔIc/ΔIb)で表します。
  • 直流電流増幅率hFEは同一型番のトランジスタでもバラツキが大きいため、設計の際には注意が必要となります。
  • 直流電流増幅率のhFEHybrid Forward Emitterの略となります。

【その他】直流電流増幅率hFEはバラツキがあります

直流電流増幅率hFEはバラツキがあります
トランジスタを製造すると、様々な値の直流電流増幅率hFEのものができてしまいます。

そのため、メーカーでは直流電流増幅率hFEを測定し、分類し、分類コードを印字して出荷しています。

上図は東芝製の2SC1815の電気的特性です。直流電流増幅率hFEO:70~140,Y:120~240,GR:200~400,BL:350~700と分類されていることが分かります。

ちなみに、OはOrange、YはYellow、GRはGreen、BLはBlueの頭文字を示します。抵抗器のカラーコードが「3=Orange、4=Yellow、5=Green、6=Blue」であり、その順番と同じ順序となっています。

まとめ

この記事ではバイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』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『hFE-IC特性』とは
  • バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』の温度特性
  • バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』のコレクタ-エミッタ間電圧VCE特性
  • 直流電流増幅率hFEにはバラツキがあること

お読み頂きありがとうございました。

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