Arduinoでいろんなものを作っていると思います。多分いろんなサイトを参考にしてクリエイティブな作品活動に取り組んでいるととてもうれしく思います。
さて、スイッチのONOFFをマイコンから行うには”トランジスタ”が便利ですよとお話しましたね。
今回はそのトランジスタの中の動作についてお話します。
どこで入手できるの？
その前に、実際の現物がないとイメージもわきませんよね。
Amazonでも入手が可能でしかもそこまで高価ではないので手軽に購入してみてもいいかもしれません。
どんな仕組みで動いているの？
このサイトではあくまで何となく理解することを主体としていますので、大まかな原理がわかったらほかのサイトを参考にしてより理解を深めてもらえると助かります。
なのであらかじめお伝えしておきますが、かなり専門用語を省いていますのでご了承ください。
ところでトランジスタの内部構造はどのような形状になっているのでしょうか？
実はLEDのときと同じように半導体が使われています。
しかし、違うのはその構造です。N型半導体、P型半導体というお話がありましたが、その半導体を３層のサンドイッチ状にしたのがトランジスタです！
では具体的に見てみましょう。
サンドイッチ状でスイッチの動作？
先ほどのN型半導体とP型半導体でサンドイッチ状にするというと二つの形になりそうです。
N型半導体が真ん中でP型半導体に挟まれたかたち、
もう一つはその逆でP型半導体が真ん中でN型半導体に挟まれたかたちです。
前回の記事を確認した方はお分かりですが、前者がPNP型で後者がNPN型と呼ばれるトランジスタになります。
今回は使う機会の多いNPN型半導体でその中の動作を擬人化して説明していきます。
前回のLEDで大まかご存知ですが、人を電子にみたてて
・人が多く混み席を探している人がいる層をN型半導体
・人が少なく席が空いている層がP型半導体
と認識してください。
N型半導体の間にP型半導体を挿入してみるとどんなことが起きるでしょうか？
これもLEDの時に説明しましたね。
そうです！人が近くの空いている席に座って立っている人も空いている席もない
”空乏層のエリア”
ができます。
今回はP型半導体がとても小さいことを例にしていますので、実際のトランジスタの動作とは少し異なる場合もあります。
ここで電気を流してみましょう！右側がトランジスタの”エミッタ”で左が”コレクタ”を示します。
つまり、左から”コレクタ”、”ベース”、”エミッタ”の順になっています。
この時に瞬間的にはこのような人の流れが発生することが分かりますね。
しかし、すぐに空乏層のエリアが多くなり全体の流れは流れなくなってしまいますね。
そこで、P型半導体のエリアの”ベース”にプラスをかけてみます。この時、プラスを電子を逃がす働きの方向をいうので、人が席から退席して席が空いてきます。
すると、空乏層のエリアが小さくなり始めました。
この状態で”エミッタ”からの人がどんどんながれてくるとベースからの退出では間に合わず、どんどん中央付近まで人が入ってきます。この時に空乏層のエリアはかなり小さいので、ちょっとの勇気で越えられます。
するとどうでしょうか！
なんとさきほどまで”エミッタ”から”コレクタ”にながれていなかった人がどんどんながれてくるではないでしょうか！
ということで、”ベース”のちょっとした電子の流れで、”エミッタ”から”コレクタ”へのおおきな電子の流れにつながるというわけになります。
つまり、電流は”コレクタ”から”エミッタ”に流すためにはベースにプラスにして少量の電流を流すことで、大きく電気を通すことができました！
今回はNPNトランジスタですが、PNPトランジスタではこれの逆の流れが起きています。
つまり、人の流れの向きがすべて逆になります。
最後に
今回はNPNトランジスタのかなりざっくりした内容をわかりやすく説明しているので、詳しい内容はほかの専門サイトで確認していただけると助かります。
今回はあくまでこんな感じで電気が流れていることが分かればとのことで記載していますので、実際使い方では以下の点に注意してください。
・トランジスタの接地方法は3種類あること
・電流の制限のために抵抗器を挿入して負荷直線などを考慮する
・信号の入力はある程度の電圧が必要
・熱による電流量の増加に考慮すること（流れやすくなる）
等々…
しかし、ポイントをおさえればある程度は同じ回路が応用できます。
ゆっくりと自分のペースで進めていきましょう！
それではまた！
