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♪♪
![おまめ](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/45916e2e86d5ecf96733e0ad8ee5ae24-150x150.png)
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。
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/themes/cocoon/images/no-image-160.png)
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?
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/transistors-218835_640.jpg)
“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!
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/image-31.png)
※回路記号をイメージして頂ければ分かるかな?
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/image-30.png)
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!
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/image-35.png)
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。
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/explosion-2296617_640.jpg)
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。
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/image-35.png)
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
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/monkey-20182_640.jpg)
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!!
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/image-33.png)
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)
![実験に失敗した博士のイラスト | かわいいフリー素材集 いらすとや](https://4.bp.blogspot.com/-pi2OEw0-Eew/XJB5M76Zf9I/AAAAAAABR9I/5FrJ3BqUJtUKKUVvvIJnxQ54v6O97HL0ACLcBGAs/s800/science_hakase_shippai.png)
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)
![](https://aka-nato-sol.com/wp-content/uploads/2021/06/flying-sparks-142486_640.jpg)
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!!
※※関連記事はコチラ↓↓※※
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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。
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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!
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