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バイポーラトランジスタの『電流伝達特性(IC-IB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電流伝達特性(IC-IB特性)について詳しく説明します。

バイポーラトランジスタの『電流伝達特性(IC-IB特性)』とは

バイポーラトランジスタの『電流伝達特性(IC-IB特性)』
バイポーラトランジスタの電流伝達特性(IC-IB特性)とは、コレクタ-エミッタ間電圧VCEを一定とした時において、コレクタ電流ICとベース電流IBの関係を表した特性のことです。

上図のように、コレクタ電流ICがある一定値(IC1)を超えるまで、ベース電流IBが増えると、コレクタ電流IC比例して増加するため特性の形は「線形」になります。また、その比例定数は 直流電流増幅率hFEとなるため、式で表すと
\begin{eqnarray}
I_C=h_{FE}×I_B
\end{eqnarray}
となります。

直流電流増幅率hFEは通常、数10~数100の値なので、ベース電流が10μAオーダーで変化すると、コレクタ電流ICはmAオーダーで変化するということになります。

一方、コレクタ電流ICがある一定値を超えた時、ベース電流IBを増やしても、コレクタ電流ICが増加しなくなります。これがトランジスタの飽和です。

また、トランジスタのデータシートを見ると、直流電流増幅率hFEとコレクタ電流ICの関係を表したhFE-IC特性があります。

下図に東芝製2SC1815の『hFE-IC特性』を示します。
バイポーラトランジスタの『hFE-IC特性』

この特性より、コレクタ電流ICある一定値までは直流電流増幅率hFEがほぼ一定なので、『IC=hFE×IB』よりベース電流IBとコレクタ電流ICは比例関係にあります。しかし、コレクタ電流ICがある一定値を超えると、直流電流増幅率hFEが減少します。その結果、ベース電流IBが増加しても『IC=hFE×IB』よりコレクタ電流ICが増加しなくなるのです。

補足

  • トランジスタをスイッチとして使用する場合は、ベース電流IBを増やしても、コレクタ電流ICが増加しなくなる領域(飽和領域という)を用います。
  • トランジスタをアンプとして使用する場合は、ベース電流IBとコレクタ電流ICは比例関係となる領域(活性領域という)を用います。
  • 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。

まとめ

この記事ではバイポーラトランジスタの『電流伝達特性(IC-IB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『電流伝達特性(IC-IB特性)』とは

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