電子回路

原子の構造

原子核から最も外側の軌道にある電子は価電子と言われ、シリコン原子は4個の価電子を持っている。


半導体

  • pn接合に外部から逆方向電圧を加えると、p形領域の多数キャリアである正孔は、電源の負極に引かれ、空乏層が広がる
  • pn接合に外部から順方向電圧を加えると、空乏層が狭くなり、n形領域の多数キャリアである自由電子はp形領域へ流れ込む
  • 絶縁体に近い性質をもつが、これに不純物を加えると、自由電子または正孔(ホール)を生じ、これがキャリアとなって電流を流す働きをする。
  • 自由電子を多数キャリアとする半導体→n形半導体
  • 正孔を多数キャリアとする半導体→p形半導体

  • 正孔が多数キャリアであるp形半導体と、自由電子が多数キャリアであるn形半導体は、いずれも真性半導体に不純物を加えて作られる

  • 半導体に電界を加えたとき、正孔や自由電子が電界の力を受けて移動する現象は、ドリフトという

  • 半導体中の自由電子又は正孔に濃度差があるとき、自由電子又は正孔が濃度の高い方から低い方に移動する現象は、拡散と言われる
  • 不純物半導体において、正孔(p形)を生ずる不純物はアプセプタ電子(n形)を生ずる不純物はドナーと言われる
  • 4価のシリコンの真性半導体に3価のインジウムなどの元素を微量に加えると、正孔が生成され、p形半導体となる

半導体素子

  • サイリスタが、ゲート信号により電流の流れないオフ状態から電流が流れるオン状態になることは一般にターンオン又は点弧という
  • バリスタは、電圧-電流特性非直線的な変化を示す半導体素子であり、過電圧の抑制、衝撃性雑音の吸収回路などに用いられる
  • ホトダイオード光を電気に変換する機能を持ち、逆方向電圧を加えたpn接合部に光を当てると光の強さに応じた電流を生ずる半導体素子である。
  • アバランシホトダイオードは、電子なだれ増倍現象による電流増幅作用を利用した受光素子であり、光検出器などに用いられる
  • PINホトダイオードは、3層構造の受光素子であり、電流増幅作用は持たないが、アバランシホトダイオードと比較して動作電圧が低い
  • 定電圧ダイオードは、逆方向に加えた電圧がある値を超えると急激に電流が増加する降伏現象を生じ、広い電流範囲で電圧を一定に保つ特性を有する
  • トンネルダイオードに順方向電流を流すと、トンネル効果により、ある電圧領域では電圧をかけるほど流れる電流量が少なくなるという負性抵抗が現れる
  • 可変容量ダイオードに逆方向電圧を加えると、pn接合面付近の空乏層の厚みが変化することによえい静電容量が変化する
  • LEDは電気を光に変換する機能を持ち、pn接合に順方向電圧を加えると光を放出する半導体である

ダイオード

p形とn形の半導体を接合させると、p形半導体の正孔とn形半導体の自由電子は接合面を越えて拡散
正孔と自由電子が打ち消し合って消滅するので、接合面付近にはキャリアの存在しない領域ができる。
これを空乏層といい、絶縁体に近い状態になる。

  • p形→正孔を失って負電位
  • n形→自由電子を失って正電位
→n形からp形に向かう電位差が生ずる。

トランジスタ

IE=IB+IC

IE:エミッタ電流
IB:ベース電流
IC:コレクタ電流

直流電流増幅率 hfe=IC/IB
電圧増幅度=出力電圧/入力電圧

ベース接地

直流電流増幅率 α=IC/IE


接合型電界効果トランジスタ

  • 半導体内部の多数キャリアの流れを、ゲート電極に加える電圧により制御する半導体素子
  • ゲート電極に加える電圧を変化させることにより空乏層の大きさを変化させ、ドレイン-ソース間を流れる電流を制御する半導体素子である

MOS形電界効果トランジスタ

  • ドレイン~ソース間を流れる電流をゲート電圧の変化により制御できる電圧制御素子といわれる。
  • ゲート電圧を加えなくてもチャネルが形成されるデプレッション形、ゲート電圧を加えなければチャネルが形成されないエンハンスメント形がある
  • ゲート電極に加える電圧でドレイン-ソース間を流れる電流を制御する
  • 金属、酸化膜及び半導体の3層構造から成り、ゲート電極に加える電圧を変化させることにより反転層の大きさを変化させ、ドレイン-ソース間を流れる電流を制御する半導体素子である

トランジスタ回路

  • 負荷抵抗に生じた出力をコンデンサを介して次段へ伝えることにより増幅度を上げていく回路は、CR結合増幅回路という
  • 出力信号を取り出す場合、コンデンサを通して直流分をカットし、交流分のみを取り出す方法がある
  • 接地方式により分類したとき、出力インピーダンスが最も大きく、入力インピーダンスが最も小さいものは、ベース接地の増幅回路である
  • コレクタ接地方式は、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低いため、インピーダンス変換回路として用いられる。
  • バイアス回路への影響がないようにコンデンサを通して交流分のみを取り出す方法がある

トランジスタの静特性(エミッタ接地方式)

  • ベース電流IBを一定に保ったときのコレクタ電流ICコレクタ-エミッタ間の電圧VCEとの関係を示したものは、出力特性という
  • コレクタ-エミッタ間の電圧VCEを一定に保ったときのベース電流IBコレクタ電流ICとの関係を示したものは、電流伝達特性と言われる
  • コレクタ-エミッタ間の電圧VCEを一定に保ったときのベース-エミッタ間の電圧VBEベース電流IBとの関係を示したものは、入力特性と言われる

回路図や表があり、抵抗や電圧を求める問題

  1. 電流増幅率の公式を使用し、IBやICを求める
  2. IE=IB+ICの公式を使用し、IEを求める
  3. 全体の電圧から電圧降下分を引いて、VBEやVCEを求める
  4. オームの法則を使用し、電流や抵抗などを求める
  5. VCE=VCC-(IC+IB)×RC
  6. V1=R1/(R1+R2)×VCC


記憶素子

  • MOSトランジスタ1個とコンデンサ1個から構成され、コンデンサに電荷があるときは1、電荷がないときは0として記憶される半導体メモリは、DRAMという
  • ある特定の用途のために設計、製造された集積回路は、ASICと言われ、ゲートアレイなどがある

  • 最終更新:2015-11-19 10:42:29

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