2019.09.01スポンサーリンクこのページでは、ダイオードとトランジスタの特性について、初心者の方でも解りやすいように、基礎から解説しています。電験三種の理論科目で、実際に出題されたダイオードとトランジスタの特性についての過去問題の解き方も解説しています。過去問解説ダイオードダイオードはp形半導体とn形半導体を接合した場合に発生する、整流作用を持たせた半導体素子です。次の図に示す向きに電圧を加えると、p形半導体にある多数キャリア(正孔)はn形半導体へ、n形半導体にある多数キャリア(自由電子)はp形半導体に移動し、両者は結合して消滅します。図に示す向きに電圧を加えると、p形・n形半導体の多数キャリアは、それぞれの電極方向に方向に引き付けられるため、電流は流れません。このような印加電圧の向きを「逆方向電圧」といいます。逆方向電圧ダイオードの電圧ー電流特性の例を、次の図に示します。順方向電圧の値を0Vから徐々に上げていった場合、およそ0.6Vを超えたところで順方向電流が流れます。逆方向電圧の値を上げていった場合、ある電圧まではダイオードに電流は流れません。印加電圧をさらに上げていくと、ある電圧で急激に逆方向電圧が流れます。これを、「ツェナー現象(降伏現象)」といい、このときの電圧を「ツェナー電圧」といいます。ツェナー現象は、広い電流範囲にわたって一定の電圧を得られるため、定電圧を得る目的などに利用されています。ダイオード(ツェナーダイオード)ツェナー現象(降伏現象)による定電圧特性を利用したダイオードです。シリコンダイオードの一種で、逆方向電圧(逆バイアス)で使用します。逆方向電圧を高めていくと、急激に逆電流が増加する降伏現象が現れます。この状態では、逆電流の変化に対し、ダイオードの電圧は一定に保たれる定電圧特性をしめします。この降伏電圧をツェナー電圧いい、数〔V〕から数百〔V〕のものまで得られます。定電圧ダイオードは、安定化電源の電圧基準装置として利用されています。可変容量ダイオードpn接合に加える逆方向電圧の大きさによって空乏層の厚さを変化させ、静電容量の値を可変としたダイオードです。この現象に着目し、共振回路(同調回路)に利用されています。ホトダイオード光の量により逆電流を制御するダイオードです。pn接合形ダイオードに逆電圧を加えておき、接合部付近に光を照射すると、p側に正電圧、n側に負電圧が発生する現象を利用した素子です。照度とほぼ比例した逆電流が流れます。ホトダイオードは光信号の検出用として利用されています。発光ダイオード半導体接合部に、ひ化ガリウム(GaAs)やりん化ガリウム(GaP)等を利用したダイオードです。pn接合部に順方向電流を流すと、電子と正孔の再結合により光を放射します。発光ダイオードは、表示用光源や光通信の送信部の光源として利用されています。電球より消費電力が小さく長寿命です。レーザダイオード発光ダイオードに光導波路や反射鏡を組み込んだ素子です。電流を流すことにより、位相のそろった直進性に優れた強い光を出すことができます。トランジスタトランジスタは、p形・n形半導体を3層に接合した電子デバイスです。接合のしかたによって、npn形とpnp形に分けることができます。トランジスタnpn形トランジスタに電圧を加えた例を、次の図に示します。加わっているので、エミッタ領域の自由電子はベース領域に引きよせられます。ダイオードの場合は、引きよせられた自由電子は正孔と結合して消滅しますが、トランジスタではベース領域をきわめて薄くつくっているため、大半の自由電子はベース領域を通過してコレクタ領域に到達します。$I_C$(コレクタ電流)は非常に大きくなります。求めることができます。ほとんど影響を与えません。主として、ベース領域に達した自由電子をコレクタ領域に取り込むための電圧と考えることができます。比例すると考えることができます。したがって、小さなベース電流を変化することで、大きな値のコレクタ電流を変化させることができます。これは、トランジスタの「増副作用」の基本動作となります。トランジスタに直流を加えた場合の電圧と電流の関係をトランジスタの「静特性」といいます。pnp形トランジスタの動作原理は、接続する電源の向きをnpn形と逆にして、多数キャリアを正孔として考えれば、同様の説明になります。トランジスタの特性トランジスタには、増副作用のほかに、デジタル回路などでよく使用される「スイッチング作用」があります。