BJTの応用

BJTの定義

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）は、増幅とスイッチングに使用される3端子半導体デバイスとして定義されます。

バイポーラ接合トランジスタの応用

バイポーラ接合トランジスタには、スイッチングと増幅という2つのタイプの応用があります。

トランジスタをスイッチとして

スイッチング応用では、トランジスタは飽和領域またはカットオフ領域で動作します。カットオフ領域では、トランジスタは開いたスイッチのように作用し、飽和状態では閉じたスイッチのように作用します。

開いたスイッチ

カットオフ領域（両方の接合が逆バイアス）では、CE接合間の電圧は非常に高くなります。入力電圧がゼロなので、ベース電流とコレクタ電流もゼロであり、したがってBJTによって提供される抵抗は非常に高い（理想的には無限大）です。

閉じたスイッチ

飽和状態（両方の接合が順方向バイアス）では、高い入力電圧がベースに適用され、大きなベース電流が流れます。これにより、コレクタ-エミッタ間の電圧降下が小さくなり（0.05〜0.2V）、大きなコレクタ電流が生じます。小さな電圧降下により、BJTは閉じたスイッチのように作用します。

増幅器としてのBJT

単段RC結合CE増幅器

図は単段CE増幅器を示しています。C1とC3は結合コンデンサで、DC成分をブロックし、AC成分のみを通すために使用されます。また、入力が適用された後でもBJTのDCバイアス条件が変わらないようにします。C2はバイパスコンデンサで、電圧利得を増加させ、R4抵抗をAC信号に対してバイパスします。

必要なバイアス部品を使用してBJTをアクティブ領域でバイアスします。Q点はトランジスタのアクティブ領域で安定しています。入力が以下のように適用されると、ベース電流が上下に変動し、コレクタ電流もI C = β × IBとして変動します。したがって、R3間の電圧は、コレクタ電流が通過するため変動します。R3間の電圧は増幅され、入力信号から180度離れた位置にあります。このように、R3間の電圧は負荷に結合され、増幅が行われます。Q点が負荷の中心に維持されれば、波形歪みはほとんどまたは全く発生しません。CE増幅器の電圧および電流利得は高いです（利得は入力から出力までの電圧または電流の増加率）。これはラジオや低周波電圧増幅器として一般的に使用されます。

さらに利得を増加させるためには、多段増幅器が使用されます。応用に応じて、コンデンサ、電気トランス、R-L、または直接結合で接続されます。全体の利得は個々の段の利得の積です。以下の図は2段のCE増幅器を示しています。