トランジスタの種類と特徴・動作原理まとめ

トランジスタの種類

トランジスタは大きく以下の3つに分類されます。

電界効果トランジスタ(FET)は以下の2つに細分化されます。

• 接合型電界効果トランジスタ(JFET)
• 絶縁ゲート電界効果トランジスタ(MOSFET)

⇒「エンハンスメント型」と「ディプレッション型」が存在

バイポーラトランジスタの派生として「抵抗内蔵型トランジスタ(BRT)」があります。

各種トランジスタの特徴

各トランジスタの特性は表の通りです。

	BJT	MOSFET	IGBT
記号
駆動	電流駆動	電圧駆動	電圧駆動
駆動電力	大きい	小さい	小さい
スイッチング 速度	遅い (電子+正孔)	超高速 (電子or正孔)	高速 (電子+正孔)
温度安定性	中程度	高い	高い
高耐圧化	容易	構造変更が必要	容易
オン電圧特性	低VCE(sat)	オン抵抗 × ドレイン電流	低VCE(sat)

BJTとは

BJTは「ベース(B)」「エミッタ(E)」「コレクタ(C)」の3端子で構成され、ベースの電圧の大きさでエミッター-コレクタ間の電流を制御します。

BJTには「NPN形」と「PNP型」の2種類があります。

NPN型BJTの動作原理

NPN型BJTはN型/P型/N型の3つを並べた構造で、PN接合とNP接合が直列に接続された回路と考えられます(pn接合の原理とは？)。

• ベース電圧を印加しない場合

E-C間に電圧をかけても、片方の接合界面は逆バイアスとなり電流は流れない。

• ベースに正の電圧を印加した場合

ベース電圧に引かれる形でコレクタから注入される電子は加速し、空乏層を通り抜け電流が流れる。
(ベース電圧により空乏層の電位障壁が小さくなる)

PNP型BJTの動作原理

PNP型BJTはキャリアが正孔になるだけで、動作原理はNPN型と同じです。

• ベース電圧を印加しない場合

E-C間に電圧をかけても、片方の接合界面は逆バイアスとなり電流は流れない。

• ベースに負の電圧を印加した場合

コレクタから注入される電子は加速し、空乏層を通り抜け電流が流れる。

BRTとは

BJTの派生としてBRTが存在します。

抵抗を内蔵することで、動作安定化と省スペース化の両立が可能です。

日本語では「抵抗内蔵型トランジスタ」または「デジタルトランジスタ」と呼びます。

FETとは

FETは半導体表面に縦方向の電界をかけることで、横方向(表面方向)に流れる電流をコントロールするトランジスタです。

FETは「ソース(S)」「ゲート(G)」「ドレイン(D)」の3端子で構成され、ゲート電圧の大きさでソース-ドレイン間の電流を制御します。

FETには「JFET」と「MOSFET」の2種類があります。

JFETとは

JFETは「ソース(S)」「ゲート(G)」「ドレイン(D)」の3端子で構成され、ゲート電圧の大きさでソース-ドレイン間の電流を制御します。

JFETには「nチャネル型(nJFET)」と「pチャネル型(pJFET)」の2種類があります。

nチャネル型JFETの動作原理

• ゲート電圧を印加しない場合

S-D間はn型半導体で接続され、S-D間に電圧を印加すると電流が流れる。

• ゲートに負の電圧を印加した場合

pn接合に逆バイアス印加することになるため、ゲート直下に空乏層が生成

⇒S-D間に電圧をかけても電流は流れない

pチャネル型JFETの動作原理

pチャネル型JFETはnチャネル型のキャリアが電子から正孔に変わっただけで、原理は同じです。

• ゲート電圧を印加しない場合

S-D間はp型半導体で接続され、S-D間に電圧を印加すると電流が流れる。

• ゲートに正の電圧を印加した場合

pn接合に逆バイアスを印加するためゲート直下に空乏層が生成

⇒S-D間に電圧をかけても電流は流れない

MOSFETとは

MOSFETには「ソース(S)」「ゲート(G)」「ドレイン(D)」の3端子で構成され、ゲート電圧の大きさでソース-ドレイン間の電流を制御します。

MOSFETは「nチャネル型(nMOS)」と「pチャネル型(pMOS)」の2種類があります。さらに、nMOS・pMOSはそれぞれエンハンスメント型・ディプレッション型があります。

nチャネル型MOSFETの動作原理

• ゲート電圧を印加しない場合

S-D間はnpn構造となり、S-D間に電圧を印加しても電流は流れない

• ゲートに正の電圧を印加した場合

プラスの電位に引かれp型半導体の電子がゲート直下に集まりnチャネルを形成(反転層)

⇒S-D間がnチャネルで接続され電流が流れる

なお、ゲート電圧を大きくするとS-D間電流も大きくなります。

pチャネル型MOSFETの動作原理

pMOSFETはnMOSFETとキャリアが異なるだけで動作原理は全く同じです。

• ゲート電圧を印加しない場合

S-D間はpnp構造で、S-D間に電圧を印加しても電流は流れない

• ゲートに負の電圧を印加した場合

マイナスの電位に引かれn型半導体の正孔がゲート直下に集まりpチャネルを形成(反転層)

⇒S-D間がpチャネルで接続され電流が流れる

IGBTとは

IGBTはBJTとIGBTの良いとこどりをしたトランジスタであり、「nチャネル型」と「pチャネル型」があります。

nチャネル型IGBTの動作原理

IGBTは「ゲート(G)」「エミッタ(E)」「コレクタ(C)」の3端子で構成されています。ゲートの電圧の大きさでエミッタ-コレクタ間の電流を制御します。

• ゲート電圧を印加しない場合

E-C間はpnp構造で、E-C間に電圧を印加しても電流は流れない

(参考：pnp型BJT)

• ゲートに負の電圧を印加した場合

ゲート直下に電子が集まりnチャネル(反転層)を形成

⇒E-C間がpn接合の順方向バイアスとなり電流が流れる

pチャネル型IGBTの動作原理

pチャネル型IGBTもnチャネル型と動作原理は同じです。

• ゲート電圧を印加しない場合

E-C間はnpn構造で、S-D間に電圧を印加しても電流は流れない

(参考：npn型BJT)

• ゲートに負の電圧を印加した場合

ゲート直下に電子が集まりpチャネル(反転層)を形成

⇒E-C間がpn接合の順方向バイアスとなり電流が流れる