皆さんはトランジスタがどのように機能するのかご存じですか？今回の動画では、トランジスタの仕組み、異なる種類のトランジスタ、電子回路の基本、トランジスタ回路の構築方法、トランジスタアンプ、電流ゲインベータ、npn、pnp、ヒートシンク、電気工学などについて学びます。
【書き起こし】(2) トランジスタ徹底解説－トランジスタの仕組み
(00:00) こちらはトランジスターこれまでの歴史で発明されたなかでもっとも爺大根デバイスの 一つです今回の動画ではそんなトランジスタがどのように機能するかを詳しく学んで いきましょう トランジスタにはさまざまな形状とサイズがあります 主なタイプといえばバイポーラトランジスタと電界効果トランジスタの2種類があり ます今回の動画では主に バイポーラトランジスタの方に焦点を当てます トランジスタは2つの主要な機能を備えた小さな電子部品であり 回路を制御するためのスイッチ そして昨日したり信号を増幅することもできます 小型の低電力と同じしたはライブ部品を保護するために樹脂ケースに収められています が 行為出力のトランジスタには時間の経過とともにコンポーネントに損傷を与える可能性 がある熱を除去するために部分的に金属製のケースに入っていることが 多く通常このような金属ボディトランジスタは不要な熱を取り除くのに役立つヒート シンクに取り付けられています 例えばこちらの宿流安定化電源の内部には大きなヒートシンクに接続された
(01:08) 持つフェイトランジスターがいくつかあります ヒートシンクがないとコンポーネントはわずか1.2アンペアの電流で摂氏45度に 素早く到達し 電流が増加するにつれてどんどん熱を持ち始めますが小さな電流の電子回路の場合には ヒートシンクを必要としない 乳穂ランジスたを使用することができます トランジスタの本体にはいくつかの文字列が書かれ通りこの文字を読むことで部品番号 を理解し メーカーのデータシートを見つけることができます トランジスタはそれぞれ特定の電圧と電流を処理できるように体隠されているため データーシートを確認することは取り扱う上で非常に重要になります すトランジスターを見てみるといい c のラベルが付いた3つのピンがあることがわかります それぞれエミッターベースコレクターを表し通常これらのフラットエッジの樹脂 ボディータイプトランジスタでは左側の p 階みったー 真ん中がベイズ右側がコレクタという配置になっていますただし術 てのトランジスタがこの構成を使用しているわけではないので必ずメーカーのデータ
(02:15) シートを確認してください benq をバッテリーに接続すると転倒するというのは皆さんもご存知かと思います そして回路にスイッチを取り付け電源を遮断することで照明を制御できます ただしこの場合人間が手動でスイッチを制御する必要があります ではどうすればこれを自動化できるのでしょうか ここでトランジスタが使わ 0というわけですトランジスタはでー new の流れを謝罪しているため ライトはオフになっていますが真ん中のベースピンに小さな電圧を供給すると トランジスタが起動し 歯科医療に電流が流れ始めライトが点灯します さらに制御ピンスイッチを配置して遠隔で操作したり センサーを配置してー制御を自動化することもできます 通常トランジスタをオンにするには asp に少なくとも0.6から0.
(03:10) 7ボルトを 印加する必要があります 例えばこちらの単純なトランジスタ回路を見てみましょう 主回路の両端に旧ボルドの電源を備えた赤色 led があります 米スピンは直流安定化電源立 持続されており回路図はこのようになりますベースピンへの供給電圧が0.5ボルトの 場合 トランジスタはオフになるため led もオフになります 0.6ボールドではトランジスタはオンになっていますが完全ではなく トランジスタがまだ主回路に全然 new を流していないため led は暗くなり ます 次に0.7ボルドの場合トランジスタがほぼすべての電流を流しているため led は 明るくなり 0.8ボルドでは led はほぼ最高輝度になり トランジスタは完全に開いた状態になります つまり何が起こっているのか中と小さな電圧と電流を使用してより大きな電圧と電流を 制御しているというわけです
(04:13) これまででベースピンの電圧がわずかに 変化すると主回路に大きな変化が生じることが分かりましたね つまりベース b に信号を入力するとトランジスタは増幅器として機能するという わけです 例えばベース p の電圧信号を変化させるマイクを接続すれば4階ろのスピーカーが 増幅され非常に基礎的なアンプを作ることができます 通常ベース p には1 ma またはそれ以下といった非常に小さな電流が流れ コレクタの電流は100 ma のようなはるかに高いものとなります これら2つの比率は電流源院と呼ばれ記号ベータを使用します 詳しい比率はメーカーのデータシートで確認しましょう こちらの例ではコレクターの電流は100 ma ベース電流は1 ma であるため 比率は100を市で割ると100になりこの時期を並べ替えて電流を見つけることも 可能です バイポーラトランジスタには npn 型と pnp 型という2つの地仕様タイプが
(05:21) あります 2つのトランジスタの見た目はほぼ同じなのでどっちがどっちなのかを判断するために は 部品番号を確認する必要があります npn 型トランジスタには主回路等制御カエル があり両方ともバッテリー の+に接続され制御回路のスイッチを押すまで 主回路はオフになっています ここでは電流が両方のワイヤーを通ってトランジスタに流れていることが分かりますよ ね 主回路は取り外すことができますがトランジスタを通って電流がバッテリーに戻って いる時にスイッチを押すと制御回路の led が点灯します こちらの簡略化された例を見てみるとスイッチが押されたとき 5 ma がベースピンに流れ込んでいます コレクタ p 20 ma が流れ込み笑み たから25 ma が流れ出しますつまり 電流はトランジスタ内で結合します pnp 型トランジスタでも主回路と制御回路がありますが三たはバッテリーの+に 接続されています
(06:25) 制御回路のスイッチを押すまで近い色はオフになっており pnp 型では電流の一部がベースピンから流れ出てバッテリーに戻り 残りの電流がトランジスタを通ってメイン led を経由してバッテリーに戻って いることが見てわかりますよね四海樓を取り外しても led の制御回路はオンの ままです こちらの例ではスイッチを押すと25 ma が エミッターに流れ込み20 ma がコレクターから流れ出て 5 ma がベースから流出します従って電流はトランジスタで分割されますそれでは これらを並べて配置して比較できるようにしてみましょう とらん にしたわこのような記号で電気図面に示されています やじるつはエミッタリードに配置され矢印は電流の方向を指しているのでこれにより 回路に接続する方法がわかります トランジスタがどのように機能するかを理解するためにまず頭の中でパイコーを流れる 水を想像してみてください
(07:33) 二最後までパイプの中を自由に流れる水です そこで小方のパイプをメインパイプに接続しこの小さいパイプ内にスイングゲートを 配置するとか茶を使用してディスクを動かせます さらにソイヌゲートが開きより多くの蜜がメインパイプを流れることができます スイングゲートは少し重いので少量の水では開けられず ゲートを強制的に開くには一定量の水が必要になります この小さなパイプに流れる水が多ければ多いほど バルブがさらに開きメインパイプに流れる水が増えます これこそが npn 型トランジスタの本質的な仕組みです 私たちが電子回路を設計するとき練乳を使用するということはみなさんもご存知かと 思います従ってこの npn 型トランジスタ回路では電流がバッテリーから西に流れ コレクタピントベース p の両方に流れ 次にエミッタピンから流れると想定しています 私たちは常にこの方向を使用して回路を設計しますしかしこの動き実際の動きではなく
(08:43) 電子はバッテリーのマイナスからプラスに流れているのですこの動きは電子を発見し それらが反対方向に流れていることを 発見したジョセフトンプソン氏によって証明されています したがって実際には電池はマイナスから見たに流れ 次にコレクターとベースピンから流れ出し こりょう電子流と呼びます2つの理論の違いがわかるようにこれらを並べてみましょう ただ覚えておいて欲しいのはわたしたちは常に従来の電流を使用して回路を設計 しているという点ですしかし科学者やエンジニアはその上で電子の流れが実際にどの ように流れているのかを理解しています ちなみに以前の動画でバッテリーがどのように機能するかについても詳しく説明してい ます 概要欄にリンクを貼っておきましたので是非ご覧くださいさあ 電気というのは いやを通る電子の流れであることは皆さんもご存知でしょう 同線が胴体でゴム栓が絶縁体です デイ1は道を通って簡単に流れることができますがゴム製の絶縁体を通って流れること
(09:50) はできません 金属導体の現地の基本モデルを見ると中止にしよう部があり電子を保持する多数の起動 シェルに囲まれています それぞれのシェルは最大数の電子を保持し電子は各シェルに受け入れられるために一定 量のエネルギーを持っている必要があります 中心から最も離れた位置にある電子が最も多くのエネルギーを保持し最も外側のシェル は原子核として知られており同隊の原子核には1個から 3個の電子があります原氏は核によって定位置に保持されますが 厳冬たいとして知られる別6シェルがあります 電子がここまで到達できる場合原子から離れて他の原子に移動することができます銅 などの金属原子では 価電子帯と伝統体が傘が 入っているためレイジが非常に動きやすい環境になっています 絶縁体を使用すると最も外側のシェルがぎゅうぎゅうの状態になり原子が結合する スペースはほとんどないか全くありません
(10:55) 各は電子をしっかりと握っており厳冬隊は遠く離れているため電子はここに到達して 逃げることができません つまり絶縁体には電気が長い ありませんただ家ここで注目したいのはシリコンなどに代表される半導体と呼ばれる別 の素材です このような素材では原子核内の電子が多すぎて胴体にはならないため 絶縁体として機能しますが伝統体が非常に近いため外部エネルギーを供給すると一部の 電子は伝統体に飛び込んで中になるのに十分なエネルギーを獲得します つまり素材は実演たいと胴体の両方として機能することができるというわけです 純粋なシリコンには自由電子がほとんどないためエンジニアは 尻子に少量の別の材料をどう bing しますこれにより電気的特性が変化しこれを p 型および n 型等ピングと呼びこれらの材料を組み合わせて pn 結合を形成 し
(11:58) 挟んで npn 型または pnp 型トランジスタを作成することができます トランジスタの内部にはコレクタピントエミッタピンがありこれらの間に npn 型 トランジスタの場合 n ガード素材の2つも相当 p 型の一つの層がありますベイス戦は p 型そうに接続され pnp 型トランジスタでは逆の方向で構成されます 内部の素材を保護するために全体は獅子で囲まれています シリコがまだどう bing されていない状態でライブが純粋なシリコンであると 想像してみましょう 各シリコン原子は他の4つのシリコン原子に囲まれ各原子は原子核に8つの全勝を必要 としますしかしシリコン原子の原子核には4つも電子しかありません それでこれらはこっそりと隣の原種と電子を共有して希望する8つの現象います これは共有結合 をとして知られておりみんなどの n 型材料を加えると一部のシリコン原子の一に
(13:05) なるというものです リン原子の原子核には5つの電子があります従ってシリコン原子は目的の8つを得る ために電子を共有しているため余分な泥子は必要ありません つまり材料 に余分な電池がありこれらは自由に動き回ることができるということです p 型どう bing の場合アルミニウムなどの材料を追加します この原子の原子核には電子化3つしかなく共有する電子を提供することはできません そのためその内の1つは共有なしということになり 一つの電子が占有できる成功が作られるということです これで2つの道 bing 済みのシリコンが出来ました 一つは電子が多すぎもう一つは電子が不足しています 2つの材料が結合して pn 接合を形成 4個の接合により空亡領域と呼ばれる領域が発生します この領域では n 型が和柄の過剰な電子の一部が移動して p 方皮の成功を占有しこの移動により
(14:12) 反対側に電子と正孔が蓄積するバリアを形成します 電子は負に帯電しているため成功 は生に帯電しているとみなされこの蓄積によりわずかに負に帯電した領域とわずか2世 に帯電した領域が発生しこれにより展開が発生し より多くの電子が移動するのを防ぎます 基本的に領域全体の電位差は通常約0.7ボルトになります 両端に電圧源を接続時 +を p 型材料に接続すると 順方向バイアスが発生し 電子が流れ始めます 低圧件は0.7ボルドのバリアよりも大きくなければならず そうでない場合電子はジャンプできません 性が n 型材料に接続されるように電源を逆にするとバリアに保存されている電子が 生の端子に向かって室戻され成功が二の端子に向かって引き戻されます これにより逆方向バイアスが引き起こされました
(15:20) npn 型トランジスタでは n ガード材料が にそうあるため接合子が2つつまり バリアが2つありますそのため通常は電流が流れません ミッターの n 数材料は高度にドーピングされているためここには過剰な電子が たくさんあり ベースの p 型素材は軽度にドーピングされておりいくつかの成功があります コレクターの n がと材料は適度にドーピングされているため少量の過剰電子があり ます ゲイストエミッターの間 にバッテリーを接続詞+を p 型そうに接続すると人方向バイアスが発生し神咆吼 by 圧により 燃圧が少なくとも0.7ボルトである限り バリアが崩壊します そのためバリアが減少し電子が急いで p がと材料内のスペースを埋めることでこれ らの電子の一部は成功を占有しパッテリーのプラス端子に向かって引っ張られます p 型層は薄く意図的に小さくドーピングされているため電子が成功に陥る可能性は 低くなります
(16:30) 残りは素材の周りを自由に動き回ることができ は頭から電流だけがベース p から流れ出し 過剰な電子が p 月材料に残るというわけです 次にエミッタとコレクターの間に別のバッテリーを接続し +をコレクターに接続します コレクタ内の負に帯電した電子は生の端子に引き寄せられ 逆方向バイアスが発生 バリアの電子と正孔が引き戻されます そのためバリアの p 方皮の電子は n 型側に引き寄せられ n 方皮の成功は p 型に引き戻されます p 型の材料にはすでに過剰な数の電子が存在するためこれらの成功を占有するように 同時 バッテリーの電圧が高いため陰力ははるかに高くなるため一部の電子が引っ張られます これらの電子が引き寄せられるとバッテリーに流れ込み 逆
(17:36) 方向バイアス接合部に電流が発生します ベース p の電圧が高くなるとトランジスタが完全に開き より多くの電流とより多くの電池が p 型そうに移動するため逆方向バイアスを介してより多くの電子が引き込まれます また コレクタ側と比較して トランジスタのエミッタ側を流れる電子の数が多くなっています今回の動画はここまで ですが電子広角について学び続けたい方はぜひ画面上の動画を一つでも見てみましょう それではまた次のレッスンでお会いしましょうまたフェイスブックツイッターインス タグラムリングツイン そしてもちろんエンジニアリングマインドセット. com でもフォロー 宜しくお願いします
#エンジニアリング #電気工学 #エンジニア
