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2022年5月10日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 (6)FETの特徴と半導体の温度特性
 
          第3章半導体・電子管・電子回路
         (6)FETの特徴と半導体の温度特性 

今回は  前回お話を致しました電界効果トランジスター
(FETトランジスター)の特徴と半導体の温度特性のお話
しを致します。

1.FETの特徴
 (a)トランジスターの場合、ベースとエミッター間が 入力
    となりベースには Ib が流れる事から入力インピーダ
    ンスが低いのですが、 接合型FET では、入力となる
    ゲートとソース間が 逆バイアスですので ゲート電流
    が殆ど流れない為、入力インピーダンスが高い事に 
    なります。
   特に MOS型 FET は、ソースと ドレイン間のチャンネ
    ルの上に 酸化シリコンの絶縁物が有る為、 ゲートと
    チャンネルの間には 電流が流れませんので 入力イ
   ンピーダンスが極めて高い
事になります。

(b)周波数特性が良い
   増幅回路は、周波数が 0[Hz](直流)〜高周波までど  
    んな周波数でも増幅出来る訳では、なく それぞれあ
    る範囲の周波数の信号しか増幅出来ません。
   それぞれの周波数で どの位の増幅度が有るのかを
   グラフにしたものを周波数特性と言います。
   皆様が ライブで聞こえた音が ミュージック・プレーヤ
    ーで聞くとシンバルの音が 聞こえないとか 体を揺す
    る様なベースの音が 聞こえないと言う経験は ありま
    せんか? これは、 ボーカルの声の周波数の増幅率
    に比べて シンバルの様な極高い周波数やベースの
   様な極低い周波数の増幅率が低い為です。 ( 勿論、
    スピーカーの様に 電気信号を 音に変える装置が全
    ての周波数の電気信号を 音に換えられない事も理
    由の1つです。)

   下の図は、”負帰還増幅”の説明の為に描いた図で
    すが周波数毎の増幅率(度)を表しています。
   

   FETは 少数キャリア蓄積効果 が無いため動作が速
    くなりますので周波数特性性が良くなります。
   上のグラフで言いますと 負帰還があるときの様に増
   幅度が一定の範囲が広くなります。
 
     [少数キャリア蓄積効果とは]


続きは、記事をお買い求めの上、お読み下さい。



[受験クラブより]
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こそ、受験勉強をしてみるのも良いのでは、ないでしょ
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本文には、見本部分の数倍の重要な記事が書いてあり
ます。
特に2月期の試験は、航空大学校の入学や就職にと大
変重要
な試験になります。
独学が難しい事は、特集記事でお話した通りです。
試験迄は、思った程、時間がありません。
時間を無駄にして後悔されない様、是非、本文をお読み
下さい。
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2022年5月9日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 番外編〜電界効果トランジスターその2〜
 
              第3章半導体・電子管・電子回路
              番外編〜接合形電界効果
            トランジスター(FET)その1〜




今回は、電界効果トランジスターの 動作の原理から お話を
致します。
注  これからの説明では、  N 形FETと P 形FETを同時に説
    明していますので 1 回目に読まれるときは、P 形FETの
    部分を読み飛ばして読んで下さい。




  
[構造]
図-1 は、NチャンネルFET と呼ばれる物です、 N 形半導体
の左端には、金属板があり、 ソース と呼ばれます。右端に
も金属板があり、ドレイン と呼ばれます。 そしてN形半導体
の中央部の上下 2箇所が、P 形半導体に成っています。そ
れらのP形半導体部分にも金属板がつけられていてこれら
の電極を ゲートと言います。 (それぞれの金属板は、 灰色
で示してあります。)
それぞれの電極は、 "S"、"D"、"G" の アルファベットで表
記されます。
トランジスターの場合の各部の名称は、 エミッター、ベース
、コレクタターでした。名前の違いも覚えておいて下さい。
ソース(source)は、”源”です。キャリアの源になります。
ドレイン (drain) は、”排水溝”です。キャリアの出口になりま
す。
そして、(gate) は、”門” です。門は  開閉する事により人や
車等の通行量を制御します。

[動作原理]
ソースがマイナス、ドレインが プラスになる様に電池が繋が
れいます。
そして、別の電池のマイナスが ゲートに。その電池のプラス
は、ソースに繋がれています。
ゲートに 電圧が掛っていない状態では、N 形半導体の自由
電子は、ドレインに加わる ”+” の電圧によりソース側から 
ドレイン側に移動します

それでは、N形半導体の中に元々あった余った電子は、なく
なってしまうのでしょうか?
ソースとドレインに繋いだ電池とを結ぶ 導線の中の 自由電
子も一緒に 導線⇒ソース⇒ドレイン⇒導線⇒電池⇒導線と
言うループの中を動きますので電子の循環は、続きます。
ここでは、 Nチャンネルの FET を例にしていますが、 P チャ
ンネルの場合は ソースとドレインの間が、P形半導体ですの
で正孔がソースからドレインへと移動します。
但し、トランジスターの場合と同じで 正孔は、半導体の外へ
出る事がなく、ドレインに繋がる導線から来る 電子と結合し
て ドレインで消滅してしまいます。
但し、ソースの左端で電池の ”+”により 半導体内の電子が
もぎ取られますので、正孔が新たに生まれます。
次にゲートですがPチャンネルの場合は、N 形半導体です。
電池の極性は、図-1とは、逆になります。

チャンネルが P形半導体の場合も N形半導体の場合もどち
らの場合もソースとドレイン間だけに単独で電池を繋ぐと 電
流が流れます


ソースとドレインの間をチャンネルと言う事は、 先にお話しを
しました通りです。
チャンネルとは、水路の様な意味があります。
図-1のNチャンネルのFETとは、電流の流れる部分が N形半
導体であると言う事です。

それでは、 図-1 の ゲートに ”−” の電圧を掛けますと P 形
半導体の中に元々あった正孔がゲートに繋がれた”−”の電
圧により正孔がなくなります。 P 形半導体とN 形半導体の接
合部ではゲートに掛かる”−”の電圧によりP形半導体と N形
半導体の間に正孔も電子もない部分が出来てしまいます。
つまり、この接合部付近は、 正孔も電子もない 安定したシリ
コンその物になってしまいます。 この状態の部分を空乏層
呼びます。

続きは、記事をお買い求めの上、お読み下さい。



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2022年5月8日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 番外編〜電界効果トランジスターその1〜
 
             第3章半導体・電子管・電子回路
             番外編〜接合形電界効果
           トランジスター(FET)その1〜

今回は、電界効果トランジスターの 一般的な特徴につい
てお話をする予定でしたが、電界効果トランジスターその
ものについて当講座では、  お話をしていませんでしたの
で 予定を変更しまして、電界効果トランジスターのお話を
2回分けて致します。

FET には、接合形とMOS形があります。今回は、接合形
のFETのお話をいたします。

それでは、今回のテーマである FET についてのお話をし
ます。

前回迄にお話をしましたトランジスターは、バイ・ポーラ
トランジスター
と言います。
何故バイ (2つのと言う意味 ) が付いているかと言います
と”正孔”と“電子” (実際は、どちらも電子に関係します) 
の移動が、電流になるからです。
今回お話をします FETは、ユニ・ポーラ・トランジスター
と呼ばれます。
何故ユニ(1つのと言う意味)と言う言葉が付いているかと
言いますと ”正孔”か ”電子”のどちらか 1つだけの移動
が電流になるからです。
それでは、その様子を見てみましょう。



上の図は、P形半導体に電池をつないだものです。
P 形半導体の右側に電池の”−”が繋がれいますので、
内部の正孔が右方向へ移動します。 一方、P 形半導体
の左端には、電池の ”+” が繋がれているために左端近
くの原子から電子が奪い取られ、 新たに正孔”と”自由
電子
”が生まれます



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2022年5月7日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 (5)増幅度
 
         第3章半導体・電子管・電子回路
                 (5)増幅率(度)

今回は、今までにお話しをしてきました増幅回路がどの
位増幅するか計算してみます。
次回の8月期の試験では、 電圧増幅率の出題が予想さ
れますが 増幅率の基礎は、電力増幅率ですので、そち
らからお話しを始めます。

1.電力増幅率(度)


図-6 をご覧下さい。Ap と書いてある四角の箱は、増幅
回路です。左側の Vg は、信号源です。信号源には、内
部抵抗がありその内部抵抗をRin とします。増幅回路の
2 つの赤い玉の間の電圧は、Vin です。 そして、増幅回
路の入力に流れ込む電流は、Iinです。
一方、増幅回路の出力側から負荷に向かって流れ出す
電流は、Ioutです。そして負荷抵抗のRに Iout が流れて
負荷抵抗の両端には、電圧Voutが現れます。

電力の増幅度 ですから 入力の電力に対して 出力の電
力が何倍になっているか
を考えれば良いことになります

電力増幅率をApとしますと

   Ap(Iout・Vout)/(Iin・Vin)  (1)

となります。
ここでは、電力とは、(電流)x(電圧) である事と増幅率は、 
入力に対する出力の比 であることを理解していればOK
です。


2.[dB]表示の増幅率(度)
2-1.電力増幅率(度)
   前項の電力増幅率のお話の(1)式では、増幅率は、何
   倍と言う言い方になりますが、電気や音の世界では、
   何倍と言うより [dB] (デシベルと読みます) と言いま
    す。
    人間の耳は、皆様が劣っていると思われるアナログで
   す。 デジタルは、アナログを制限して 信号の処理をし
   やすくしたもので、 デジタルは、  電子機器の中でしか
   存在しません
。宇宙の万物は、アナログ(連続量)です
    。
   この話をしますと永くなりますので、お話しを戻します。 
   人間の耳には、 音の大きさが 2倍になっても 2倍の大
   きさには、感じられません。
   その感じ方は、 苦手の方も  いらっしゃると思いますが
   対数的なのです。 

   皆様は  良く、騒音が 何 [dB] と言う言い方を耳にされ
   たことがあると思います。
   それでは、(1) 式を [dB]を使って表してみます。

   Ap= 10 x log10(Pout/Pin)  (2)


   ここで
       Pout = Iout x Vout
       Pin = Iin   x  Vin
   です。
  (2)式のログの底は10です。

   後先になってしまいましたが 対数が苦手な方の為に少
    し、対数について触れておきます。

       Y = a^X         (ア)

   と言う式が有ったとします。 この式は 、a 同士を x 回掛
   け合わせた結果が y と言うものです。

続きは、記事をお買い求めの上、お読み下さい。



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2022年5月6日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 番外編〜トランジスターの電流増幅率その3〜
 
          第3章半導体・電子管・電子回路
           番外編〜トランジスターの
           電流増幅率その3〜 

  今回は、 トランジスターの電流増幅率の 3 回目とし
  てトランジスターの回路として一番良く使用されます
  エミッター接地回路の電流増幅率のお話をいたしま
  す。
  前回、お話を致しました ベース接地回路の 電流増
  幅率が基礎になりますので、読み返しておいて下さ
  い。

<span style="font-size: x-small;"> 
  
      ※平成26年4月1日以降の試験からトランジスターの記号から丸
       が無くなりました。

          
 図-4をご覧ください。電池 Ebeで Ib が流れ、 結果と
  てIcが流れます。
 Ebeに直列に微小な信号源 Vi が繋がれています。
 Vi の変化により Ib が ΔIb だけ変化します。結果と
  して Ic が ΔIcだけ変化します。
 Ie は、Ib + Icですので、Ie も ΔIe だけ変化します。
 
  それではエミッター接地の電流増幅率についてお話
  をします。エミッター接地では、Ib が入力Ic が、出
  となりますので  エミッター接地の電流増幅率:β 
 は、

   β = ΔIc/ΔIb                     (2)

 となります。
 次に前回の(1)式の αと(2)式の βの関係を調べて
  みます。

   β = ΔIc/ΔIb = ΔIc/(ΔIe − ΔIc)

 分子と分母をIe で割ります

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2022年5月5日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 番外編〜トランジスターの電流時増幅率その2〜
 
            第3章半導体・電子管・電子回路
               番外編〜トランジスターの
                 電流増幅率その2〜 

  今回は、ベース接地増幅回路の電流増幅率の値がど
  の位になるのか?ベース接地増幅回路の特徴は、何
  かと言うお話を致します。

  それでは、前回の(1)式からご覧ください。

        α = ΔIc/ΔIe  {=Ic/(Ic+Ib)} (1)

  Ie はIcと Ib が合流したものですので(1)式において分
  母の方が分子より大きくまります。 また、 Ic は、Ib が
  極小さいので、Ic = Ie − Ibは、Ieに比べIc が極僅か
  小さくなりますのでαは、"1"より僅かに小さい0.97
 0.99 位となります 。

 よって、 ベース接地の増幅回路では電流が 増幅さ
 れな事になります。 
  それでは、ベース接地の増幅回路では 、増幅出来な
 いのでしょうか?
 増幅をしようとする信号が繋がれている方を入力
 増幅された信号を取り出す方を出力と言います。
 図-3では、抵抗が繋がれている方が出力になります。

 コレクターとベースの間を見ますとコレクターがN形半
 導体でベースがP形半導体でコレクターには、電池の
 ”+”。 ベースには、 ”−” が 接続されていますので電
 流が流れない 逆バイアス になっていますのでIbが流
  れなければ電流が流れません。 と言う事は、 出力側
  のインピーダンス (交流を流れにくくするもの)  が高い
  事になります。


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2022年5月3日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 番外編〜トランジスターの電流増幅率その1〜
 
          第3章半導体・電子管・電子回路
            番外編〜トランジスターの
                電流増幅率その1 〜

前回、トランジスターの原理をご説明いたしました。
ベース電流:Ib が流れるとコレクター電流:Ic が流れると
言うのがトランジスターの基本です。
Ib の少しの変化でIcが大きく変化すると言うお話をしまし
たので電流増幅が出来る事は、お分かり頂けたと思いま
すがそれでは、どの位増幅出来るのか  3 回にわけて定
量的に考えてみます。
Ib の変化に対してIcがどれだけ変化するかを論じるのが
電流増幅率です。
今回は、 ベース接地の電流増幅率とベース接地回路の
;特徴についてお話を致します。

トランジスターを使った増幅回路には、3 つの種類があり
ます。

   1.ベース接地回路
   2.エミッター接地回路
   3.コレクター接地回路

この3種類の回路の違いは、トランジスターのどの端子を
接地するかの違いによります。
接地については、前回の記事を参照して下さい。

今回は、ベースを基準とするベース接地回路のお話を致
します。
「ベース接地回路」は、次回お話をします「エミッター接地
回路」のお話為の準備にもなりますでしっかり理解してお
きましょう。

(1)ベース接地の電流増幅率α
 図-3 は、トランジスターの エミッターとベースの間の 電 
 池Ebe と直列に小さな信号源のViを繋いだものです。
 Ebc は、ベースとコレクターの間に 繋がれています。  
  どちらも、ベースを中心に電圧を掛けています。
  ベースが電源の基準 ( 0 [V])となっていますのでベー
 ス接地と言います。
 
    
   
   ※平成25年度の試験より新回路図記号が使用されま
       すので、トランジスターの記号の 丸が無くなりました
    。

 EbeによりIbが流れる事でEbcからIcが流れると言うのが
  、トランジスターの原理でした。
 そこえ小さな信号源Viが繋がれることでベース電流がΔ
  Ib だけ変化したとします。
 ちなみに信号(Vi)がない時に流すIbの量をバイアス(Bias
  ) と言います。服を自分で作っていた時代には、バイアス 
  が意味するところは、男性より 女性の方が理解されてい
 ました。



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2022年5月2日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 (4)トランジスターその4
 
       第3章半導体・電子管・電子回路
           (4)トランジスター その3

今回は、PNPトランジスターの続きで  NPNトランジ
スターの動作原理からお話を致します。

 3.npnトランジスター



 npn トランジスターでは ベースが p形半導体でエ
  ミッターとコレクターは n形半導体です。
 pnp トランジスターとは半導体の使い方が逆です
 ので、Ebeと Eceの電池の繋ぎ方も 逆向きになり
 ます。

  まず、電池 Ece だけがエミッターとコレクター間に
  接続されていたとしたら、Ic は、流れません

 そこへ電池 Ebe を図の様に繋ぎますと Ib が流れ
  ます。 エミッターとベース間は  順バイアスです。
 この時、エミッターの自由電子の多くは、 ベースを
  通り抜けてコレクターへ入ります。
  これらの自由電子は、Ece の ”+” に引き付けられ
  て電池の ”+”へ向かいます。
 電池の ”+” へ引き寄せられた自由電子は、 電池 
  の"−” 側からエミッター方向へ追いやられます。
 追いやられた電子は、 エミッターへ入り、ベース、
  コレクターへと 向かって行った分の 電子の供給を
  します。
 この繰り返しでIcが流れ続けます。
 こちらの場合もIbが流れる事Icが流れると言う事
  は、同じです。
 エミッターに流れる電流 Ieは、Ic とIbに別れる事も
  同じです。

4..各種接地回路
 これまでの図を回路図で描きますと以下の様にな
  ります。
  NPN形の場合は、エミッター、Ece の−側、Ebe の
 −側が繋がれています。 この接続法をエミッタ接
 地回路と言います。 エミッターが 電圧の基準にな
 っていますのでこの様に呼ばれます。電圧の基準
 グランド (アース:球) です。面に接続する
 事を接地と言います。 つまり、 地球に接する事で
  す。


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2022年5月1日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 (4)トランジスターその2
 
         第3章半導体・電子管・電子回路
              (4)トランジスター その2

前回は、 エミッタ領域の正孔がベース領域を超えて
コレクター領域に入るところ迄のお話でした。今回は
、その後の正孔の動きを追ってみましょう。

 (3)コレクター内に入った正孔

 コレクター領域にたどり着いた正孔は、コレクターの
 右端へ繋がれた Ece の ”−”により引き寄せられま
 す。
 引き寄せられた正孔は コレクターにつながる Eceを
 経由してエミターから来た 電子と結合して 消滅しま
 す。
 エミッターの左端では、Eceにより新たに安定した原
 子から 電子が奪われ 新たに正孔が出来、コレクタ
 ーへ進みます。
 エミッターで奪われた電子は、Eceを経由して コレク
 ターでエミッターからの正孔と結合して消滅すると言
 う動作が続きます。
 エミッターとコレクターの間を絶えず正孔が動きます
 のでエミッターとコクレクターの間に電流が流れ続
 けると言う事になります。 (但し、 正孔が、 存在する
 のは、 エミッター、 ベース、コレクターの内部だけで
 す。) トランジスターの内部では エミッター⇒ ベース
 ⇒  コレクターへの正孔の動きが Icとなりまがトラン
 ジスターの外では、 エミッターで 奪われた電子がエ
 ミッター⇒Ece⇒コレクターへの移動となり、これがIc
 となります。

 この電流を コレクター電流 と呼び、 Ic と記述されま
 す。”コレクター電流”と言う言葉と Ic と言う表記も覚
 えておいて下さい。 


 (1)から(3)迄で重要な事は、ベース電流(Ib)が流れた
 コレクター電流(Ic)が流れたと言う事です。


続きは、記事をお買い求めの上、お読み下さい。



[受験クラブより]
2022年8月期向け第30期のシラバスは、当ブログの
特性上、同じ位置に掲載できませんのTOITAの「
航空無線通信士受験塾」
でご覧下さい。

貴方の受験される航空無線通信士は、自己投資に値し
ない資格なのでしょうか?
新コロナ・ウィルスで中々外へも出掛けられい今だから
こそ、受験勉強をしてみるのも良いのでは、ないでしょ
うか?


合格を手にするかどうかは、貴方次第なのです。


「時は、金なり」と言いますが、50円を有効に使えていま
すか?

本文には、見本部分の数倍の重要な記事が書いてあり
ます。
特に2月期の試験は、航空大学校の入学や就職にと大
変重要
な試験になります。
独学が難しい事は、特集記事でお話した通りです。
試験迄は、思った程、時間がありません。
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2022年4月30日 9時30分
TOITAの「航空無線通信士受験クラブ」第30期無線工学第3章半導体・電子管・電子回路 (4)トランジスターその1
 
        第3章半導体・電子管・電子回路
              (4)トランジスター その1

前回は、n 形半導体と p 形半導体を接合させた
イオード
の動作原理のお話をしました。前回お話を
しました、ダイオードは、電源を必要としませんので
、受動素子と言えます。
今回お話をいたしますトランジスターは、 動作の為
に電源を必要としますので能動素子です。

それでは、 今迄の知識を活かしてトランジスターの
動作原理を学習しましょう。
ダイオードの動作原理が  良く理解出来ていない方
は、前回、又は、前々回の記事から読み直しをして
おいて下さい。

1.トランジスターの種類
トランジスターには、n形半導体とp形半導体の組合
せの仕方の違いにより2種類あります。
それは、PNP トランジスターと NPNトランジスター
す。 それぞれの名称は、 それぞれの構造を表して
います。
それでは、PNPトランジスターから見てみます。

2.>pnpトランジスター
  

 pnpトランジスターは、名前の通り、n形半導体の両
  側にp形半導体を配しています。
 両方のp形半導体の中の白い丸は、電子が不足し
  た正孔です。
  n形半導体の中の赤い丸は、自由電子です。
 左側のp形半導体をエミッター (E) 。真ん中の n 形
 半導体をベースB)。
 そして、右側のp形半導体は、コレクター (C)と言い
  ます 。各部分の呼び名は、npn形でも同じです。 
 これらの名称をしっかり覚えておいて下さい。


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こそ、受験勉強をしてみるのも良いのでは、ないでしょ
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「時は、金なり」と言いますが、50円を有効に使えていま
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特に2月期の試験は、航空大学校の入学や就職にと大
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独学が難しい事は、特集記事でお話した通りです。
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