半導体素子

• 電子回路の基本的な働きは信号の増幅
  • 元の信号よりも大きな出力信号を得たい
  • モチベーションの例
    • ラジオがアンテナで受信した弱い信号を増幅してスピーカーから出力するとき
• 信号の増幅には能動素子が必要
  • 抵抗やコンデンサ、コイルなどの受動素子は電気信号を増幅できない
  • 真空管、トランジスタ、FETなど
  • 1960年代以降は半導体技術が発展したことでトランジスタやFETが主流になり、真空管が使われることはあまりない
• 電気をよく通す物質を導体、ほとんど通さない物質を絶縁体、中間的な電気伝導度を持つ物質を半導体という
  • ゲルマニウムやシリコンは半導体
  • ダイオード、トランジスタ、FETなどの半導体素子の材料
• 不純物が含まれない半導体を真性半導体という

Y-パラメータ

$$\left(\begin{array}{c}{i}_1\\ i_2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{v}_1\\ v_2\end{array}\right)$$

それぞれ、次のように計算できる。

$$Y_{11}={\frac{i_1}{v_1}|}_{v_2=0}$$

$$Y_{21}={\frac{i_2}{v_1}|}_{v_2=0}$$

$$Y_{12}={\frac{i_1}{v_2}|}_{v_1=0}$$

$$Y_{22}={\frac{i_2}{v_2}|}_{v_1=0}$$

ドレイン電流

JFETのドレイン電流 $I_D$ は、以下の式で求められる。

$$\begin{array}{rl}{I}_D& =I_{DSS}{\left(1-\frac{V_{GS}}{V_P}\right)}^2\\ & =I_{DSS}{\left(1-\frac{-I_D{R}_S}{V_P}\right)}^2\end{array}$$

また、JFETの性質から $I_D<I_{DSS}$ を満たす。

最大許容コレクタ損失

トランジスタが安全に発熱できる上限電力である最大許容コレクタ損失 $P_{C_{max}}$ は、次のように求められる。 なお、$T_{j_{max}}$ はトランジスタの最大接合温度、$T_a$ は周囲温度、$\theta$ は放熱機の熱抵抗である。

$$P_{C_{max}}=\frac{T_{j_{max}}-T_a}{\theta }$$

エミッタ抵抗

エミッタ抵抗 $r_e$ は、エミッタに流れる直流電流 $I_E$ を用いて、次のように計算できる。

$$r_e=\frac{26}{I_E}$$