第3章 電子管および半導体

電子放射

• 熱電子放射
• 光電子放射
• 2次電子放射
• 電離による電子放射
• 冷陰極電子放射

半導体ダイオード

• 価電子、自由電子、過剰電子、正孔(ホール)
• N形半導体
  • ドナー(アンチモン - Sb)
  • 過剰電子の方が多い
• P形半導体
  • アクセプタ(インジウム - In、砒素)
  • 正孔の方が多い
• PN接合ダイオード
  • ツェナ現象
    逆方向の電圧を高くしていくと、降状(ツェナ)電圧で電流が急激に増加する現象。 広い電流範囲にわたって降状電圧で保たれ、P形半導体側が負(-)、N形半導体側が正(+)の 極性になる。
  • 順方向と逆方向
    P形にプラス、N形にマイナスの電圧をかけると、P形の中にある正孔はN形の方に向かって、 また、N形の中にある過剰電子は、P形の方に向かって移動する。この時の電流の流れる方向を 順方向という。
  • 逆方向電流

トランジスタ

• PNP形
  N形半導体の両側にP形半導体を接合したもの
• NPN形
  P形半導体の両側にN形半導体を接合したもの
• エミッタ接地の電流増幅率(B = Ic / Ib)
• ベース接地の電流増幅率(A = Ic / Ie)
• AとBの関係 - B = A / (1 - A)
  Ie = Ib + Icを使って導く
• Ec-Ic特性
  一定のベース電流を流しておき、コレクタ電圧を変化させた場合のコレクタ電流の変化

特殊なダイオードとトランジスタ

• ツェナダイオード(定電圧ダイオード)
  PN接合ダイオードに逆方向電圧を加え、次第に増加させると、ある電圧で急激に 電流が現象するが、電圧はほぼ一定である性質を利用したもの。この現象を ツェナ現象という。
• バラクタダイオード(可変容量ダイオード)
  加えるバイアス(逆方向)電圧を大きく変えることによって、 結合容量(電極間の静電容量)を 変化させることができる。
• エサキダイオード(トンネルダイオード)
  • 順方向電圧で負性抵抗特性(ダイナトロン特性)がある
  • 高周波特性がよい
  • トンネル効果による電流のため動作時間が非常に速い
  • 構造が簡単で、小形軽量である
  • 低雑音である
  • 消費電力が少ない
• マイクロ波ダイオード
• サーミスタ
  温度によって抵抗値が大きく変化する特性の半導体。温度が上昇すると抵抗値が減少する。 トランジスタ増幅回路において、温度補償用などに用いられる。
• バリスタ(バリアブル・レジスタ)
  (温度が一定でも)加えた電圧によって、抵抗値が変化する特性の半導体。 電圧が大きくなると抵抗値が減少する。 避雷器や過大電圧防止などに用いられる。
• シリコン制御整流器(SCR)
  • アノード(A)、カソード(K)、ゲート(K)電極
  • スイッチングに使用
• 電界効果トランジスタ(FET)
  • バイポーラとユニポーラ
    トランジスタのように電荷の運び手が自由電子と正孔の両方のキャリアで動作する素子を バイポーラ、FETのように電荷の運び手が自由電子か正孔のいずれかだけ のキャリアで動作する素子ユニポーラという。
  • 特徴
    • 混変調に強い
    • ゲートとソース間の入力インピーダンスが高い
    • 周波数(高周波)特性がよい
    • 雑音が少ない
    • 温度特性がよい
    • 電圧制御素子
  • 接合形トランジスタとの電極対比

    電界効果トランジスタ	接合形トランジスタ
    ソース(S)	エミッタ(E)
    ドレイン(D)	コレクタ(C)
    ゲート(G)	ベース(B)
    電圧制御形	電流制御形

  • 接合形FETとMOS形FET
• 集積回路

PN接合ダイオードの特性
エサキダイオードの特性
PN接合ダイオードに 順・逆方向電圧を加える
PNP形トランジスタ