バイポーラトランジスタの『IC-VBE特性』について！温度特性など！

この記事ではバイポーラトランジスタのI_C-V_BE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『I_C-V_BE特性』とは？

I_C-V_BE特性とは、エミッタ接地トランジスタの静特性で、コレクタ電流I_Cとベース-エミッタ間電圧V_BEの関係を表した特性です。

MOSFETにおけるドレイン電流I_Dとゲートソース間電圧V_GSの関係を表した『I_D-V_GS特性』のバイポーラトランジスタverです。

『I_C-V_BE特性』はベース電流I_Bとベース-エミッタ間電圧V_BEの関係を表した『V_BE－I_B特性』と同じ形であり、コレクタ電流I_Cはベース電流I_Bのh_FE倍となります。

補足

ベース-エミッタ間電圧V_BEとはトランジスタのベース(B)-エミッタ(E)間に生じる電圧のことです。ベース-エミッタ間電圧V_BEはベース電流依存性を持っており、ベース電流I_Bが多いほどベースエミッタ間電圧V_BE高くなります。

ベース-エミッタ間電圧V_BEがある電圧を超えると、コレクタ電流I_Cが流れ始めます。コレクタ電流I_Cはベース-エミッタ間電圧V_BEの増加に対して指数eのべき乗の関数で増加します。
\begin{eqnarray}
I_{C}&=&I_{S}\left[\exp{\left(\frac{V_{BE}}{V_{T}}\right)}-1\right]\\
&=& I_{S}\left[\exp{\left(\frac{qV_{BE}}{kT} \right)}-1\right]\\
\end{eqnarray}ここで、I_Sはトランジスタの品種によって決まる飽和電流[A]、qは電子の電荷[C]、kはボルツマン定数、Tは温度[K]、V_BEはベースエミッタ間電圧、V_T(=q/kT)は半導体の物性で求まり27℃(300K)において約26mVとなります。

『I_C-V_BE特性』の温度特性

『I_C-V_BE特性』は温度によって変わります。データシート上には、温度が-55℃、-40℃、-25℃、25℃、100℃、125度など異なる温度の時の『I_C-V_BE特性』が記載されています。

『I_C-V_BE特性』は温度が高くなると、特性は左側にシフトします。すなわち、温度が高くなると、同じコレクタ電流I_Cを流すために必要なベースエミッタ間電圧V_BEが減少します。また、ベースエミッタ間電圧V_BEが一定の時は、温度が高いほどコレクタ電流I_Cが流れるということになります。

一般的にベースエミッタ間電圧V_BEは1℃が上がると、約2mVが下がると言われています(-2mV/℃)。例えば、温度が30℃変化すると、ベースエミッタ間電圧V_BEが60mV変化します。ベースエミッタ間電圧V_BEは約0.6Vなので、温度が30度変化すると、ベースエミッタ間電圧V_BEが約10%も変化するということです。精度を求められる回路では全く無視できない数字となります。