トランジスタの発明により、人類の文明化は驚くべき発展を遂げました。トランジスタは可動部品のないスイッチのようなもので、微弱な信号電流を増幅する力を持ちます。実際、増幅は、トランジスタの基本的な機能の一つです。
【書き起こし】トランジスタの仕組みとは？
(00:00) トランジスターの発明により人類の文明化は驚くべき発展を遂げました [音楽] スマートフォンの心臓部にはプロセッサーがありその中にはおよそ20億個もの トランジスタが組み込まれています この小さな機械がどんな素敵な役割を果たしてくれるのでしょうか 果たしてその仕組みとは トランジスタわー可動部品のないスイッチのようなもので 微弱な信号電流を増幅する力を持ちます 実際増幅はトランジスタの基本的な機能の一つです まずはトランジスターの基礎から理解してみましょう 使用例については後ほどみることにしますトランジスタはシリコンといった半導体に より作られます シリコン原子は隣り合う他の4つのシリコン原種とつながっています シリコンの原子核には4つの電子が付随しますそれではこれを4つの腕を持つ キャラクターに置き換えて考えてみましょう
(01:06) それぞれの腕には一つの電子が乗っています 電子はそれぞれ近くのシリコン原種と共有され これは共有結合と呼ばれます 現在電子は価電子帯に存在しています 純粋なシリコンが電気を通すためには電子がエネルギーを吸収し自由電子となる必要が あります ゆゆへに純粋なシリコンにはほとんど電気が流れません 半導体の電気の伝導性を高めるためにドーピングと呼ばれる技術が用いられます 例えば5つのか電子を持つ鈴を注入してみましょう その場合一つの電子がここを自由に移動することになります これは n 型のドーピングと呼ばれます 逆に3つのか電子を持つ鈴を注入すると電子の秋が生まれます この秋はホールとして知られ周辺の電子がいつでもこのホールを埋めることのできる 状態となります
(02:11) この電子の流れを観察するとホールが逆の動きを見せることがわかります こちらは p 型のドーピングです 以下のような方法でシリコンウエハーを注入し トランジスタが誕生します ただしトランジスターの仕組みをしっかりと理解するためにはダイオードにおいて 霊視がどのような活動しているのかを見てみる必要があります 一方のシリコン op 方そしてもう一方 on 方としてドーピングを行うことで ダイオードが形成されます n 型と p 型の接合部では面白い現象が見られます n 型に豊富に存在する電子が p 方にあるホールへと自然と移動していきます これにより接合名の p 側がわずかに負に帯電し一方で n 側はわずか2世に帯電 します これの結果として生じる電界がそれ以上の電子の移動を遮ります このように外部から電力源をダイオードに接続すると電力源が電子とホールを両側に
(03:20) 引き寄せます このままでは電力が流れることはできません しかし電気の流れを反対向きにすると状況が一変します 電力源がポテンシャル障壁を突破できるだけの電圧を持つと仮定しましょう するとすぐさま電子が陰極端子の方から押され始めます 電子がポテンシャル障壁を突破するとエネルギーを消耗し尽くし 病院に p 型の領域にあるホールに収まりますしかし 八極端子からの引っ張られる力により電子が今度はすぐ 近くのホールへと移動しそこから外部回路を通って流れていきます この現象はダイオードの順方向バイアスと呼ばれます このようなダイオードの基本的な仕組みを頭に入れたまま先に進みましょう これでトランジスタをより簡単に理解することができます トランジスターの説明を再開しましょう
(04:24) p そうは非常に薄くわずかにドーピングが施されています トランジスタは2つのダイオードが反対向きにくっついた構造をしていますね なのでどちら向きに電力源をつないでも片方のダイオードが必ず逆バイアスとなり電気 の流れを止めてしまいます つまりこの状態ではトランジスタがオフになっているということです 次にこのように2つ目の電力源を設置してみましょう ここでも電力源がポテンシャル障壁を超えるだけの十分な電圧を持つものとします つまりこの部分は単なる x 方向バイアスのダイオードとなります そのような理由から多数の電子が n の側から放出されます先ほどのダイオードの 説明と同じように一部の電子は ゴールに収まり次に周囲のホールへと移動し このように順々に流れていきます しかし実際にはこれ以上の電子が b の側へと移動しています この残った電子はどのような動きをすると思いますか
(05:30) 残った電子は最初に取り付けた電力源の八極端子により引っ張られ このような動きを見せます先ほども説明したように p の領域はとても狭いので これが原因となりどこにの電子は2つ目の電力源の様極端種の方へは移動しません これで小さな電流がより大きなコレクタ電流へと増幅したことになります ベース電流を強めればそれに比例してコレクタ電流の力も増加します これは非常に明快な電流の増幅の例です ここまで扱ってきたトランジスターはバイポーラトランジスタと呼ばれています この説明ように分かりやすくしたトランジスタを本物のトランジスタと取り替えてみ ましょう もう一つトランジスタを設置することでさらに増幅を強めることもできます このトランジスタのベースは最初のトランジスターのエミッターとつながっています マイクに使われるような変動する微弱な信号を入力するとスピーカーへと増幅した信号
(06:41) が届けられます この基本的な仕組みの回路には他にも面白い特徴があります 使用される電流に応じてトランジスターは オンにもオフにもなり得ます そのような意味でトランジスタはスイッチとして機能することができ トランジスターのこの役目によってデジタル回路やデジタルメモリーへの扉が開かれる のです バイポーラトランジスタを2つ使えばパソコンの基本をなす dynamic memory flip flop の構築に役立てることができます これについてはトランジスターのスイッチとしての役目を説明した 別の動画をご覧下さい これからも動画作成を行っていけるようパトレイオン. com でのサポートを よろしくお願いいたしますご協力誠にありがとうございます
