「トランジスタとは何かを知りたい。
トランジスタはどう使うの？
トランジスタを使うと何が良いの？」
こういった疑問にお答えします。
本記事の内容
- トランジスタについて説明します
- トランジスタの使い方
- トランジスタを使った回路でできること３つ
この記事を書いている私は、ディスプレイ用ICの開発を20年近くやってきました。
特許は20件以上出願、登録しています。
こういった私が解説していきます。
トランジスタについて説明します
トランジスタとは「電流の流れを制御できる部品」となります。
トランジスタは３つの端子があり、そのうちの一つが電流を制御する端子となっています。
この図では「制御端子」が電流を制御する端子です。
この制御端子に電圧をかけることで、トランジスタに流れる電流を決めることができます。
5Vのトランジスタを例にすると次のように感じになります。
制御端子：5V → 電流が流れる
制御端子：0V → 電流が流れない
また制御端子にかける電圧を2Vにすると、電流の量を減らすこともできます。
制御端子：5V → 電流が大きい
制御端子：2V → 電流が小さい
こういう風に制御端子を使って電流の流れを制御する部品がトランジスタです。
補足：ここでのトランジスタはMOSトランジスタで説明しています。制御端子はゲートとなります。
トランジスタの使い方
トランジスタの使い方は3つあります。
- スイッチとして使う
- 定電流源として使う
- 抵抗として使う
１．スイッチとして使う
電流の流れをONまたはOFFにするスイッチとしてトランジスタを使います。
スイッチとしてトランジスタを使用する例は次のとおりです。
この図では上のトランジスタがONすると5Vが出力されて、下のトランジスタがONすると0Vが出力されます。
こういう感じでトランジスタをON/OFFすることで、5Vか0Vの信号を次の回路に伝搬することができます。
ロジック回路では5V=「1」、0V=「0」と扱うことで、論理的に回路を設計していきます。
つまりロジック回路を形成するためにトランジスタをスイッチとして使います。
２．定電流源として使う
制御端子に一定の電圧をかけることでトランジスタを定電流源として使います。
イメージは下の図のような感じです。
この例では制御端子に2Vをかけることで、2mAの定電流を生成しています。
こんな感じでトランジスタが定電流になるという特性を使うことで、さまざまアナログ回路を作ることができます。
３．抵抗として使う
トランジスタは入力と出力の電位差が制御端子の電圧より低いと、定電流ではなく抵抗として動作します。
この例では入力と出力の電位差が「1V(入力) – 0V(出力) = 1V」、制御端子の電圧が「2V」となっており、制御端子の電圧のほうが高いのでトランジスタは抵抗として動作します。
アナログ回路を作るときはこのトランジスタが抵抗になるという特性も利用します。
トランジスタを使った回路でできること３つ
トランジスタを使った回路でできることは次の３つになります。
- 計算すること
- 電圧や電流を制御すること
- データを記憶しておくこと
・計算すること
計算というと「1+2=3」といったイメージをすると思いますが、ここでいう計算はプログラムを動かしてデータを処理することまで含まれます。
例えば、画像データを受け取って画面に出力する時に、画像データを画面用のデータに変換する処理が必要となります。
その処理の内容はプログラムで記述されるのですが、その処理自体はCPU内のトランジスタ回路で実施されます。
・電圧や電流を制御すること
回路の入力や出力を電圧や電流にすることができます。
画面用のデータをディスプレイに表示するためには、データを電圧に変換して出力する必要があります。
例えば0Vから10Vまでの電圧を0.1V刻みの100段階で出力するといった感じで、画面用のデータを元にディスプレイ用の電圧を出力することができます。
また逆に電圧をデータに変換するものもあります。
wifiとかで送信された信号は電圧に変換されますが、その電圧をデータに変換するのにトランジスタ回路が使われます。
・データを記憶しておくこと
メモリ回路を使うことで、データを記憶しておくことができます。
このメモリ回路はトランジスタから構成されます。
フラッシュメモリなど電源を切ってもデータを保持できるものもあります。
まとめ
トランジスタについて説明しました。
回路図を使用せず説明しましたので、まずはこの記事を読むことでトランジスタのイメージをつかんで頂ければありがたいです。
もう少しいろいろと知りたい方はこちらの記事もご参考ください。
・半導体についての説明をしています。
>>【初心者向け】半導体とは何か、わかりやすくまとめました【簡単です】
・MOSの説明をしています。
>>【半導体】MOSとは何かについて説明します【初心者向けです】