Tr がON動作
はじめにVi="0"(0V) のとき, Tr はOFF の遮断状態です、この状態ではTr の出力電流Ic は流れません。
そして
ベースに瞬時(※)に電圧 Vi="1"(5V) を印加するとベース電流(Ib)が流れ, コレクタ-エミッタ間は導通状態なり, Ibのhfe倍の出力電流Ic が流ようとして Tr は飽和状態になります。
※Trのスイッチング動作では入力電圧Viの0V⇄5Vの変化は瞬時のパルス波です
コレクタ―エミッタ電圧Vce≒0.1V程度あり,これを飽和電圧といいます。
すなわち C-E間が導通して"SwがON" したのと 等価 な状態になり,「Tr オン」となります。
Tr がOFF動作
ベースに瞬時に電圧をVi="0"(0V) にしてベース電流(Ib)を止める。
Tr は遮断状態, すなわち コレクタ-エミッタ間は絶縁状態になり, Ic は流れず, Vce≒Vccになります。
これは「Sw がOFF の C-E間が絶縁状態」と等価であり,「Tr が オフ」となります。
Tr の遮断状態では 数uA程度の僅かな コレクタ遮断電流(漏れが) あります。
NPN Tr の詳細
・Ibの数百倍\(\s {h_{FE}}\)の Ic が流れる能力があるが, 実際に流れる電流は 抵抗Rcにより制限される。
・Vbe≒0.7V 以上の電圧をかけると, 「Tr オン」になります。
・増幅率 \(\s{h_{FE}}\)として, Ic=\(\s{h_{FE}}\x\)Ib
・\(Ie=Ic+Ib≒Ic\)
・\(\s{h_{FE}}\)は例えば70～700と幅が大きいが, あるレンジで選択できるものがある。(例えば"200～400"と指定できる)
Tr がON動作
ゲートに電圧 "1"(5V) をかけると Tr がONします。バイポーラと異なりゲート電流は流れません。
その意味で低電力消費です。
但し導通状態では僅かなオン抵抗があり, 僅かな損失が生じます。
Tr がOFF動作
ゲートに電圧 "0"=0V にすると Tr がOFFします。
オフ状態ではほとんど電力を消費しません。
マクロ的にはドレイン電流は0 ですが,僅かなドレイン遮断電流があります。
注:Tr がON/OFFするためのゲート電圧はTrの個別データシートに "ゲートしきい値電圧" として記載されています。
Nch MOSFET の詳細
・相互コンダクタンス\(g_m=\frac{Id}{V_{gs}}\) (バイポーラTrの\(\s{h_{FE}}\)に相当する増幅率)
・抵抗Rgsの目的: (バイポーラ Tr では必須ではない)
1)電源ON 時のTr の誤動作を防ぐ(ゲートをグランド電位に近づける)。
2)Tr を 速やかにOFF にする。
・
ゲートしきい値電圧のデータがある(TrがONする電圧）例:Min 2V～Max3V
[参考]
CMOS IC と TTL IC
以下の2種類のIC(集積回路)は,ここで学んだ2種類のTr がベースです。
CMOS IC（Complementary Metal Oxide Semiconductor）は MOSFETを組み合わせたデジタルIC(半導体回路構造)です。
TTL IC（Transistor Transistor Logic IC）とは、バイポーラトTrを組み合わせたデジタルICです。
