NPNトランジスタとは何か
NPNトランジスタとは何ですか？
NPNトランジスタの定義
NPNトランジスタは広く使用されているバイポーラ接合型トランジスタの一種で、P型半導体層が2つのN型層に挟まれています。
NPNトランジスタの構造
上記のように、NPNトランジスタには2つの接合部と3つの端子があります。NPNトランジスタの構造は以下の図に示されています。
エミッタとコレクタ層はベースよりも広くなっています。エミッタは高濃度ドープされており、ベースに大量の電荷キャリアを注入することができます。ベースは低濃度ドープされ、他の2つの領域よりも非常に薄いです。そのため、エミッタから放出されたほとんどの電荷キャリアをコレクタに通過させます。コレクタは中程度にドープされ、ベース層からの電荷キャリアを集める役割を持っています。
NPNトランジスタのシンボル
NPNトランジスタのシンボルは以下の図に示されています。矢印は収集電流（IC）、ベース電流（IB）、エミッタ電流（IE）の一般的な方向を示しています。
動作原理
ベース-エミッタ接合部は供給電圧VEEによって順方向バイアス状態となり、コレクタ-ベース接合部は供給電圧VCCによって逆方向バイアス状態となります。
順方向バイアス状態では、供給源の負極（VEE）がN型半導体（エミッタ）に接続されます。同様に、逆方向バイアス状態では、供給源の正極（VCC）がN型半導体（コレクタ）に接続されます。
エミッタ-ベース領域のデプレーション領域は、コレクタ-ベース接合部のデプレーション領域よりも薄いです（デプレーション領域は移動可能な電荷キャリアが存在しない領域であり、電流の流れを妨げるバリアとして機能します）。
N型エミッタでは、主要な電荷キャリアは電子です。したがって、電子はN型エミッタからP型ベースへと流れ始めます。そして、電子によりエミッタ-ベース接合部を流れる電流が始まります。この電流はエミッタ電流IEと呼ばれます。
電子は薄い、軽くドープされたP型半導体であるベースに入ります。ベースには再結合するための穴が限られているため、ほとんどの電子はベースを通過し、わずかしか再結合しません。
再結合により、電流が回路を流れ始め、この電流はベース電流IBと呼ばれます。ベース電流はエミッタ電流と比較して非常に小さいです。通常、これは全エミッタ電流の2-5%です。
ほとんどの電子はコレクタ-ベース接合部のデプレーション領域を通過し、コレクタ領域を通過します。残りの電子による電流はコレクタ電流ICと呼ばれ、コレクタ電流はベース電流と比較して大きいです。
NPNトランジスタ回路
NPNトランジスタの回路は以下の図に示されています。
図は電圧源がどのように接続されているかを示しています：コレクタはロード抵抗RLを通じてVCCの正極に接続され、最大電流を制限します。
ベース端子はベース抵抗RBを通じてベース供給電圧VBの正極に接続されます。ベース抵抗は最大ベース電流を制限するために使用されます。
オンになったとき、トランジスタは小さなベース電流によって大きなコレクタ電流を流すことができます。
KCLによれば、エミッタ電流はベース電流とコレクタ電流の合計です。
トランジスタの動作モード
トランジスタは接合部のバイアスによって異なるモードまたは領域で動作します。それは3つの動作モードを持っています。
カットオフモード
飽和モード
アクティブモード
カットオフモード
カットオフモードでは、両方の接合部が逆方向バイアス状態です。このモードでは、トランジスタは開回路として動作し、装置を通る電流を許可しません。
飽和モード
トランジスタの飽和モードでは、両方の接合部が順方向バイアス状態に接続されます。トランジスタは閉回路として動作し、ベース-エミッタ電圧が高いとき、コレクタからエミッタへ電流が流れます。
アクティブモード
トランジスタのこのモードでは、ベース-エミッタ接合部は順方向バイアス状態で、コレクタ-ベース接合部は逆方向バイアス状態です。このモードでは、トランジスタは電流増幅器として動作します。
エミッタとコレクタ間を流れる電流の量はベース電流に比例します。
NPNトランジスタスイッチ
トランジスタは飽和モードでオンになり、カットオフモードでオフになります。
両方の接合部が順方向バイアス状態に接続され、十分な電圧が入力電圧に与えられた場合、コレクタ-エミッタ電圧はほぼゼロになり、トランジスタはショート回路として動作します。
この条件下では、コレクタとエミッタ間を流れる電流が始まります。この回路を流れる電流の値は、
両方の接合部が逆方向バイアス状態に接続された場合、トランジスタはオープン回路またはオフスイッチとして動作します。この条件下では、入力電圧またはベース電圧はゼロです。
したがって、全体のVcc電圧がコレクタに現れます。しかし、コレクタ-エミッタ領域の逆方向バイアスにより、装置を通る電流は流れません。したがって、オフスイッチとして動作します。
カットオフ領域のトランジスタの回路図は以下の図に示されています。
NPNトランジスタのピン配置
トランジスタにはコレクタ（C）、エミッタ（E）、ベース（B）の3つの端子があります。多くの構成では、中央の端子がベースです。
エミッタとコレクタピンを識別するためには、SMDトランジスタの表面に点が付いています。この点の真下にあるピンがコレクタで、残りのピンがエミッタピンです。
点がない場合は、すべてのピンが均等でないスペースで配置されます。ここでは中央のピンがベースです。中央のピンに最も近いピンがエミッタで、残りのピンがコレクタピンです。
