トランジスター

仕組み

トランジスタには、ゲート、ドレイン、ソースという3つの端子がある（バイポーラトランジスタでは、エミッタ、コレクタ、ベースと呼ばれることもある）。ソース（エミッタ）を電池のマイナス端子に、ドレイン（コレクタ）をプラス端子に接続すると、回路に電気は流れない（トランジスタにランプを直列に接続しただけの場合）。しかし、ゲートとドレインを接触させると、トランジスタは電気を通すようになる。これは、ゲートがプラスに帯電していると、プラス電子がトランジスタ内の他のプラス電子を押して、マイナス電子が流れるからです。また、ゲートが正に帯電しているだけでもトランジスタは動作するので、ドレインに触れている必要はない。

可視化

トランジスタの仕組みを簡単に説明すると、ホースに急カーブがあり、水が通らないようになっている。水とは電子のことで、ゲートを正電荷で充電すると、ホースの曲がりが解けて水が流れるようになる。

ダーリントントランジスタの基本回路は、2つのバイポーラトランジスタをエミッタとベースに配線し、1つのトランジスタとして動作させるものである。一方のトランジスタは、もう一方のトランジスタのベースへの電流を制御するように接続されています。つまり、ベースに流れる電流を非常に少なくして、同じ量の電流を制御することができる。

センターピンに電力が供給されると、電力が流れるようになります。


ダーリントントランジスタの回路記号。Bはベース、Cはコレクター、Eはエミッターを表す。

用途

PチャンネルMOSFETのゲートがプラスに帯電していると電気が流れるので、スイッチを入れる必要のある電子機器に有効で、電子スイッチとなる。これは、一定の力で押す必要のある機械的なスイッチに匹敵するものである。

アンプとして使われるMOSFETでは、トランジスタがドレインとソースの流れを受け持ち、ドレインの電流よりもソースの電流が非常に大きいため、ドレインの電流がソースの値まで上昇し、増幅することが一般的である。

材料

トランジスタは、半導体化学元素でできており、通常は元素周期表の現代14族（旧4族）に属するシリコンが使われている。同じく14族のゲルマニウムは、シリコンと一緒に特殊なトランジスタに使われる。また、特殊な炭素を使ったトランジスタも研究されている。また、ガリウムヒ素のような化合物からもトランジスタを作ることができる。

歴史

三端子デバイスは、トランジスタが最初ではない。三極管は、その50年前にトランジスタと同じ役割を担っていた。トランジスタ以前の家庭用技術では、真空管が重要であった。しかし、真空管は大きくて壊れやすく、消費電力も大きく、寿命も短いという欠点があった。それを解決したのが、トランジスタである。

1947年にトランジスタを発明したのは、3人の物理学者である。ブラッテン、バーディーン、ショックレーの3人が最も貢献した。

重要度

トランジスタは、今日、非常に重要な部品である。もしトランジスタがなかったら、携帯電話やコンピューターなどの機器は全く違ったものになっていたか、あるいは全く発明されていなかったかもしれない。トランジスタは非常に小さく（原子数十個分の幅）なったので、小さなコンピューターチップに何十億個と入れることができるようになった。

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