どもっ！かなとです。
電気に携わるに当たり
一度は耳にした事はあるであろう素子の名前…
それが、“トランジスタ”
でも、結局どう使うの？？
何か種類も結構あるらしいけどぉ…あぁ〜もぅ無理っ！！キィィィィーーーーーーーーーー！！！！！！
ってなっちゃっている、そこのあなた！！
安心してください！
私が来ましたよ！！
今回は
トランジスタの 種類、用途、使い方
を徹底解剖したいと思います！！
僕自身も、電気初心者の時は
トランジスタって名前を聞くだけで
足がブルブル震えていた記憶があります…。。涙
でも、しっかりと自分のモノにして
使える武器として、味方にしてしまえば
今後、怖いものなしですよ！！
一緒に頑張りましょう♪♪
トランジスタを制するものが、電気を制するのだっ！！
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PLCを学びたい！！
本読んでても全然理解できんー！！
お待たせしました。もう大丈夫です！
かなとがやって来ましたよ。
PLC (Programmable Logic Controller) の概要
その使い方を初学者でも分かりやすく解説！
1. そもそもトランジスタの構造って？
“半導体” に分類されるトランジスタは
文字通り “半分、導体” なんです。
…はい、意味不明ですよね。。笑
この “導体” と言うものが
電気を通す(導く)物体 を指す言葉で
その性質が “半分” だけある…
そんな物質を組み合わせて出来たものなんですね。
（正確には、“導体” と 全く電気を通さない“絶縁体” を混合した物質です。）
その構造は、異なる電気的特性を持つ
2つの半導体から構成されています。
- p型半導体
- n型半導体
じつは、この2つの組み合わせ自体が
トランジスタの俗称として使用されている
“PNP” とか “NPN” というものの正体なのです。
各部の名称は以下の通り
- B…ベース
- C…コレクタ
- E…エミッタ
という3つのパートで構成されており
これらのパートが
p型かn型のどちらで構成されているかで
呼称が変わる…という事になります。
ちなみに、3つのパートの並び順は
C→B→E、あるいはE→B→Cという風に
必ずベースが中央にある点に注意です！
※回路記号をイメージして頂ければ分かるかな？
必ず、ベースが中央に存在しますよね？
ちなみに
“PPP” 、”NNN” といった様に
同じ素子が連続する形は存在しません！
2.動作原理は？？
ここで覚えておきたい知識としては
- p型半導体： 正孔
- n型半導体： 電子
がそれぞれ多く存在することで
電子の移動が生じる ＝ 電流が流れる
という構造だという事です。
今回は、例として
NPNトランジスタの場合を考えてみましょう！
ベース ~ エミッタ間を見てみましょう。
電源は
・ベース(p型) 側にプラス
・エミッタ(n型) 側にマイナス を接続しています。
これを、専門用語で “順方向バイアス” と呼びます。
この時、エミッタの n型半導体に存在する電子たちは
順方向バイアスによって、ベースのp型半導体の方へ移動します。
（※電子は、電源のマイナス→プラスへ移動するという基本性質ですね）
移動した電子は、正孔に結合しにいきます。
正孔 … すなわち、正の電荷を持つ穴。。
と捉えておきましょう。
“穴があったら、入りたい”
という本能のもと、結合しに行くわけです。
こうして、正孔と電子が 電気的に結合する際に
電子の動きと逆向きに電流が流れる訳です。
これが ベース電流 の正体です！！
- 電子の流れ：マイナスから、プラスへ移動
- 電流の流れ：プラスから、マイナスへ移動
次に、ベース ~ コレクタ間を見てみましょう。
電源は
・ベース(p型) 側にマイナス
・コレクタ(n型) 側にプラス を接続しています。
これを、専門用語で “逆方向バイアス” と呼びます。
先ほど、ベースへ移動してきた電子たちは
正孔と結合できた電子を除き、多くの電子たちが
逆方向バイアスによって、コレクタの n型半導体の方へ移動します。
この電子たちの移動によって生じるのが
コレクタ電流 の正体です！！
ベースの p型半導体が
両サイドの n型半導体よりも薄く描かれているのは
構造上、本当に薄く設計されており
- 正孔と結合できる電子 ＜＜ コレクタへ流れ込む電子
という具合に、電子の移動量を調整するためです。
要約すると
少ないベース電流（正孔と結合できる電子の数）で
多くのコレクタ電流 (コレクタへ流出する電子の数) を流すことが可能！！
という構造であることが分かってくると思います。
この構造自体が
次章で説明する “増幅用途 （直流増幅率）” をそのまま表しているのです！
3.何をするものなの？？
スイッチング用途
これは、PLCの出力について説明した際にも軽く説明しましたが
ベースに対して電流を制御することで
コレクタ〜エミッタ間をON/OFFする…
いわゆる “スイッチ” 的な使い方をします。
※※その時の解説はコチラ↓↓※※
増幅用途
こちらは、アナログ回路という分野で
非常に多用されている
一言で表すなら…“レバレッジ” です。
つまりは “てこの原理”ですね。
“小さな労力で、大きな効果を得る！”
まさにこの言葉の通り
先程、ベースの電流を制御する事で
コレクタ〜エミッタ間がONするという話をしましたが
この時
・ベースに流れる電流 (IB) と
・コレクタエミッタ間がONして流れる電流 (IC) の関係は
以下の様になります。
hFE = IC / IB
これを、専門用語で “直流増幅率” と呼び
この数値通りに使えば
おおよそベースに流す電流の100倍近くの電流を
コレクタ～エミッタ間に流すことが可能となります！
つまりこれが、前章で説明した
トランジスタの構造の根幹中の根幹！！
そして
トランジスタが存在する真の目的
という事になりますので
しっかりと覚えておきましょうね。
この用途が生かされている場面として
デジタル回路も挙げられます。
ベース電流を制御する側の機器(例えばPLCとか、マイコンとか)には
大電流を供給する能力がないですが
トランジスタを介する事で
自分の能力以上のものを働かせる事が可能 になっているんです！
4. では、PNP/NPN の使い分けは？
このテーマで困惑し
穴を掘って隠れる方が後を絶たないと思います。。涙
そう、2種類あっても… ねぇ？
使い分けってどうすればいいんだか？
うん、分からんっ！！ キィーーーー！！！笑
となる心中、お察ししますが…
私が来たからには、もう安心です！！
勿論用途は完全に異なります。
これは、PLCの出力の回でもお話しした
“シンク/ソース” という概念に関係する部分なのですが
要するに
・電源を”引き込む”用途なのか？
・それとも”送り出す”用途なのか？
の違いになってきます。
※※その時の解説はコチラ↓↓※※
…更に分かりにくくなりました？？笑
では、例を挙げていきましょう！
パッと思いつく中で言うと
マイコン等でスイッチング制御でLEDを点灯させる場合
マイコン出力が
- 正論理(Active H)なら、NPN
- 負論理(Active L)なら、PNP
という使い分けをするという点です。
おなじLEDを点灯させるにしても
コントロールする側の信号論理に合わせて
トランジスタを使い分けないと
全く思い通りに動かない… なんて事になるので要注意です！！
上図からも分かる通り
コレクタ端子の状態が
・電流を“引き込んで”いるのか
・それとも“送り出して”いるのか？
そして、エミッタ端子が
・電源に接続されているか
・それともGNDに接続されているか？
ベース電流が、どちら向きに流れているか？
ここに気付けた方は
段々トランジスタがどういうものか？
がイメージできてきた事かと思います！
おめでとうございます！！
…ちなみに（私の失敗談でも）
直流増幅率のお話をしましたが
NPNトランジスタの場合は
ベース電流の100倍近くのコレクタ電流を流すことが可能なので
ベースには必ず 電流制限抵抗を接続して使用しましょう！
そうしないと
コレクタ電流が定格以上流れてしまいます。。
(最悪、燃えます…汗。。つか燃やした経験有)
そして、PNPトランジスタの場合
ベース電流がエミッタから流れ込んでくるため
電流制限抵抗を接続していないと
最悪の場合
コントロールしているロジックICや
マイコンの出力端子が吹っ飛びます！
(吹っ飛ばした経験有。。前科いっぱいです…涙)
でも、心配ありません！！
そんな失敗、誰でもありますよ。
私も、火花を食らい、心臓に悪い経験を何度も経て
ここまで成長出来ました！
※念のため言っておきますが、それが絶対いい訳ではないですよ？ 汗
しっかりと使い方を覚えて
上手にトランジスタを使う事が出来るようになれば
とても楽しい電気ライフが待っている事でしょう！！
何せ、このトランジスタ
20世紀における電気界の大発明！！
と呼ばれる代物で
色々な場面で多用されてるんですから！
(前回のPLC出力にしたってそうですよ。)
継続して、しっかり学んでいきましょうね！！
そんじゃ、またね🎵 かなとでした！！
【今日の一言】 自分の物にするには、沢山失敗すればいいんです！
ただし、安全第一でね！！
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