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title: BJT バイポーラ接合トランジスタ
url: https://doc.liz6.com/ja/hardware/03-semiconductor/04-BJT
locale: ja
area: hardware
tags:
- hardware
- semiconductor
date: 2026-06-30
modified: 2026-07-16
description: BJT バイポーラ接合トランジスタ 基本概念 BJT (Bipolar Junction Transistor) — 微小電流で大電流を制御する半導体素子です。 BJT の本質 --- 3つの動作モード | モード | BE 接合 | BC 接合 | Ic | 用途 | |------|-------|-------|…
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# BJT バイポーラ接合トランジスタ

## 基本概念

**BJT** (Bipolar Junction Transistor) — **微小電流**で**大電流**を制御する半導体素子です。

```
NPN:                    PNP:
      C (コレクタ)              C
      │                      │
    ┌─┴─┐                  ┌─┴─┐
  B │   │   Ic           B │   │   Ic
  ──┤   ├──              ──┤   ├──
    │   │                  │   │
    └─┬─┘                  └─┬─┘
      │                      │
      E (エミッタ)             E

矢印の方向 = エミッタ接合の順方向電流の方向
NPN: 矢印は外向き (N→P→N)
PNP: 矢印は内向き (P→N→P)
```

### BJT の本質
```
2つの PN 接合が背中合わせになった構造:

NPN:  N ─ P ─ N
      E   B   C
      ↑   ↑
    BE接合 BC接合

BE 接合を順バイアス、BC 接合を逆バイアス → 増幅モード
コレクタ電流 Ic はベース電流 Ib によって制御される:
  Ic = β × Ib

β (hFE): 電流増幅率、典型値は 100〜400
```

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## 3つの動作モード

| モード | BE 接合 | BC 接合 | Ic | 用途 |
|------|-------|-------|-----|------|
| 遮断 (Cutoff) | 逆バイアス | 逆バイアス | ≈0 | スイッチ OFF |
| 増幅 (Active) | 順バイアス | 逆バイアス | β・Ib | **増幅器** |
| 飽和 (Saturation) | 順バイアス | 順バイアス | Vcc/Rc | スイッチ ON |

### スイッチモード
```
遮断: Ib = 0 → Ic = 0 → 開回路として動作
飽和: Ib > Ic/β → Vce ≈ 0.1~0.3V → 短絡として動作

スイッチとして使用する際:
  Rb = (Vdrive - Vbe) / Ib
  Ib ≥ Ic / β_min × 1.5  (深飽和を確保するため)
  Vbe ≈ 0.7V (シリコン管)
```

### 増幅モード
```
Ic = β × Ib
Ie = Ic + Ib = (β+1) × Ib

Vce = Vcc - Ic × Rc
```

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## 基本増幅回路

### 共通エミッタ (Common Emitter) — 最も一般的
```
          Vcc
           │
           Rc
           │
        ┌──┴── Vout
        │
      C │
  ──┤├─B   NPN
  Rb   │
       E │
         │
        GND

利得: Av = -gm × Rc (位相反転!)
      gm = Ic / VT ≈ Ic/26mV (室温)

入力インピーダンス: ≈ Rb ∥ rπ (中程度、kΩ級)
出力インピーダンス: ≈ Rc
```

### 共通コレクタ / エミッタフォロワ
```
電圧利得 ≈ 1 (位相反転なし)
入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低い
バッファとして使用
```

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## 小信号モデル (ハイブリッド-π)

```
      B ──┬── rπ ───┬── C
         │          │
         │   ┌──────┤
         │   │  ↑   │
         └───┘ gm・Vπ│
                 │   │
                 E   │
                     │
                    GND

rπ = β / gm
gm = Ic / VT
ro = VA / Ic  (アーリー効果)
```

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## バイアス回路

### 固定バイアス (最も単純だが、温度ドリフトが大きい)
```
Vcc → Rb → Base
不安定であり、推奨されない
```

### 分圧バイアス (標準的な手法)
```
         Vcc
          │
          R1
          │
    ┌─────┼── Base
    │     │
    R1    R2
    │     │
    └─────┼── GND
          │
         Re (エミッタ抵抗 — 負帰還を提供し、動作点を安定化)
          │
         GND

Re を追加することで温度安定性が大幅に向上
Ce を Re に並列接続することで、交流利得を回復させる
```

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## MOSFET との比較

| 特性 | BJT | MOSFET |
|------|-----|--------|
| 制御量 | 電流 (Ib) | 電圧 (Vgs) |
| 入力インピーダンス | 低〜中 (kΩ) | 極めて高い (pA 級のリーク電流) |
| 跨導 gm | Ic/VT (線形) | 2Id/(Vgs-Vth) (2乗則) |
| スイッチング速度 | 遅い (電荷蓄積のため) | 速い |
| 導通電圧降下 | Vce(sat)≈0.1V | Rds(on)×Id |
| ノイズ | 低い 1/f ノイズ | 高い 1/f ノイズ |
| コスト | 低い | 低い |
| ESD 耐性 | 比較的強い | 非常に壊れやすい! |

**選定ガイド:**
- スイッチング用途 → MOSFET (高効率)
- 低ノイズ増幅 → BJT
- 大電流駆動 → MOSFET
- 単純な LED/リレー駆動 → どちらでも可

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## ダーリントン管 (Darlington)

```
2つの BJT を直列接続し、合計 β = β₁ × β₂ (1000〜10000+ に達することも)

      C
      │
  B ──┤  Q1
      │  ├── E₁ → Q2 Base
      │
      E → Q2 エミッタ

欠点: Vbe が2倍になる (≈1.4V)、速度が遅い
典型例: TIP122 (NPN)、ULN2003 (7ch ダーリントンアレイ)
```

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*キーワード: BJT, NPN, PNP, β, 共通エミッタ, スイッチ, 飽和, 跨導, バイアス, ダーリントン*