【トランジスタの寄生容量】コレクタ容量Cobとエミッタ容量Cibとは？

この記事ではバイポーラトランジスタの寄生容量(コレクタ容量C_obとエミッタ容量C_ib)について説明します。

コレクタ容量C_obとエミッタ容量C_ibについて

バイポーラトランジスタはベース(B)-コレクタ(C)間、ベース(B)-エミッタ(E)に寄生容量があります。

ベース(B)-コレクタ(C)間の寄生容量をコレクタ容量C_obと呼びます。

コレクタ電流I_Cの一部がコレクタ容量C_obを通り、ベース(B)に漏れてしまいます。出力側(Output)に流れるコレクタ電流I_Cがコレクタ(C)からベース(B)に漏れるので、C_obとなります。

ベース(B)-エミッタ(E)間の寄生容量をエミッタ容量C_ibと呼びます。

ベース電流I_Bの一部がエミッタ容量C_ibを通り、エミッタ(E)に漏れてしまいます。入力側(Input)から流れるベース電流I_Bがベース(B)からエミッタ(E)に漏れるので、C_ibとなります。

補足

コレクタ容量はコレクタ出力容量と呼ばれることがあります。
エミッタ容量はエミッタ入力容量と呼ばれることがあります。
バイポーラトランジスタに容量が寄生虫のように潜んでいるため寄生容量と呼ばれています。
寄生容量は浮遊容量や内部容量と呼ばれることもあります。

コレクタ容量C_obとエミッタ容量C_ibができる原理

上図はPN接合の構造とコンデンサの構造を表したものです。

P型半導体とN型半導体を接合すると、接合部には空乏層が生じます。P型半導体はプラスの電荷を持った正孔が、N型半導体はマイナスの電荷を持った電子があります。

一方、コンデンサは2つの電極間に誘電体を挟んだ構造をしています。コンデンサに対して電圧を印加すると、プラスの電荷とマイナスの電荷が生じます。

すなわち、PN接合の構造はコンデンサの構造に似ていることが分かります。この空乏層の部分が寄生容量となります。

ここで、バイポーラトランジスタにはコレクタ(C)とベース(B)の間、ベース(B)とエミッタ(E)の間にはPN接合があります。このPN接合によって、空乏層が生じ、コレクタ容量C_obとエミッタ容量C_ibが出来るのです。

なお、PN接合部に空乏層ができる原理については、以下の記事を参考にしてください。

コレクタ容量C_obの値

コレクタ容量C_obの値は、バイポーラトランジスタのデータシートの電気的特性欄に記載されているのが一般的です。

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。2SC1815は標準2.0pF、最大3.5pFとなっています。

コレクタ容量C_obは、pFオーダーなのでかなり小さい容量となりますが、周波数が高くなると、寄生容量のインピーダンスが小さくなり、交流成分が漏れやすくなります。そのため、高周波の回路の場合には注意してください。

コレクタ容量C_obとエミッタ容量C_ibの特性

上図はローム製バイポーラトランジスタ(2SC523M)の特性です。

コレクタ容量C_obはコレクタベース間電圧V_CBを変えた時の特性(C_ob-V_CB特性)、エミッタ容量C_ibはエミッタベース間電圧V_EBを変えた時の特性(C_ib-V_EB特性)となっています。コレクタ容量C_obとエミッタ容量C_ibともに、印加電圧を大きくするほど、容量が小さくなるという特徴があります。