飽和BJTトランジスタ。

私たちは毎日それらを使用しており、知識のある人はBJTトランジスタの機能特性を完全に理解しています。運用数学を説明するドキュメントとリンクが豊富にあります。それらが物理的にどのように機能するかについての現在の理論を説明する素晴らしいビデオさえたくさんあります。（後者のほとんどは、なんらかの理由で「Tele-marketer English」を話す人々によって与えられます。）

ただし、コレクタジャンクションが方程式にどのように適合するかについての説明は常に少し手作業であるため、40年以上経っても、額面どおりに受け入れる必要があります。

とにかく、それとは別に、私が本当に得られない一つの側面があります。物理学の法則、キルヒホッフの法則などを無視しているようです。

私はあなたの標準的な飽和共通エミッタ回路について話しています。

飽和すると、コレクタ電圧はベース電圧よりも小さくなることがわかっています。明らかに回路でそれを活用し、特定の負荷電流に対して可能な限り低いVce-Satを提供する部品を選択しました。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

典型的なNPNトランジスタの典型的なモードを見るまでは、すべてうまくいきます。

コレクターは、そのサンドイッチのベースよりも低い電圧になりますか？

そこに何らかの逆起電力タイプの電圧を追加して、それを考慮しても、コレクター電流はベース-コレクター接合を間違った方向に進んでしまいます。

バイポーラトランジスタでは、エミッタはベースよりもはるかに高いドーピングを持っています。ベースエミッタダイオードに順方向バイアスを印加すると、電流が流れます。エミッタのドーピングが高いため、ベースからエミッタに正孔が流れるよりも多くの電子がエミッタからベースに流れます。

半導体内の電流は、2つの主要なメカニズムを介して流れることができます。電界が特定の方向に電子を加速する「ドリフト」電流があります。それは私たちが慣れている電流の簡単な流れです。また、「拡散」電流もあります。この電流は、水がスポンジに染み込むように、電子が高濃度の領域から低濃度の領域に移動します。ただし、それらの拡散電子は、ある時点で穴にぶつかり、再結合するため、永久に動き回ることはできません。つまり、半導体内の拡散（自由）電子は、半減期と、いわゆる拡散長を持ちます。これは、正孔と再結合するまでに移動する平均距離です。

拡散は、ダイオード接合が空乏領域を作成するメカニズムです。

ベースエミッタダイオードが順方向にバイアスされている場合、ベースエミッタダイオードの空乏領域が小さくなり、この接合部からベースに電子が拡散し始めます。ただし、トランジスタはベースの幅よりも電子の拡散長が長くなるように構築されているため、これらの電子の多くは実際には再結合することなくベースを通過して拡散し、コレクタに出て、効果的に「トンネリング」します。そこの穴と相互作用しないことにより、ベースを通過します。（再結合はランダムなプロセスであり、すぐには発生しません。そのため、そもそも拡散が存在します。）

そのため、最終的には、ランダムな動きによって一部の電子がコレクターに到達します。それらがそこにあると、電子はベースコレクタダイオードの順方向バイアス電圧に打ち勝ったときにのみベースに戻り、コレクタに「積み重なる」ようになり、そこにある電圧を減少させ、ベースコレクタジャンクションとフローバック。（実際には、このプロセスはもちろん均衡です。）

ベース、エミッタ、コレクタに印加する電圧では、空乏領域への電子のドリフトを引き起こす半導体内の電界のみを作成し、結晶内の電子の濃度を変更します。これにより、拡散電流が流れます。ベース。単一の電子は、トランジスタの端子の電圧によって生成される電界の影響を受けますが、それ自体には電圧がなく、エネルギーレベルのみがあります。一般に同じ電圧にある結晶の一部の中で、電子は異なるエネルギーを持つことができます（そして、します）。実際、2つの電子が同じエネルギーレベルを持つことはできません。

これはまた、トランジスタが逆方向に動作できる理由を説明しますが、電流利得ははるかに低くなります。電子濃度がすでにかなり高いため、低ドープコレクタよりも高ドープエミッタ領域に電子が拡散しにくいです。そのため、この経路は非反転トランジスタよりも電子にとって不利になるため、より多くの電子がベースからまっすぐに流出するだけで、ゲインは低くなります。

コレクターは、そのサンドイッチのベースよりも低い電圧になりますか？

コレクターがベースよりも低い電圧になることを防ぐ物理法則はありません：適用します$0.7\,\mathrm{V}$$0.4\,\mathrm{V}$

したがって、あなたの本当の質問はおそらく： それらの印加電圧を考えると、どうして物理学の法則によってコレクタ電流がコレクタに流れ込むのでしょうか？

これらは、静的な場合に物理が端子電圧と電流にかける唯一の制約です。ご覧のとおり、上記のすべての条件は飽和BJTに当てはまります。

あなたの混乱は、おそらくBJTではない線形デバイスを暗黙的に想定していることに起因しています。

ベースは、その領域全体で同じ電圧を持たないことに注意してください。何らかの意味で構造の端にその外部接続が必然的になければならない、ベースに関連する既約の「シート」抵抗があります。その「シート」内に電流分布があるため、電圧分布もあります。

そのため、飽和状態では、ベース端子に流れ込む電流は、ベース端子近くの両方の順方向にバイアスされたダイオード接合（BEおよびBC）を通ります。コレクタに流れた電流は、ベース端子からさらに離れたベースの別の部分を通ってエミッタに流れます。

本質的に、固有のベース抵抗での電圧降下は、外部端子で見られる電圧分布を可能にします。

BJTは現在のデバイスです。アクティブ領域では、多くのエミッター（エミッターは高濃度にドープされ、ベースよりも負）の電子がベースに入り（低濃度にドープされます）、一部はより少ないベースホールに落ちますが、ほとんどはコレクターに拡散し、Icを引き起こします。飽和すると、コレクタはベースよりも負になるため、ベースにいくつかの電子が寄与します。コレクターがベースにより多くの電子を提供するようになると（Vbcはより正になります）、コレクター-エミッター電流は低くなります。Vbcが小さくなる（Vce（sat）が高くなる）と、飽和電流が大きくなる可能性があります。そのため、飽和状態になると、コレクタ電流とともにコレクタ電圧が上昇します。

コレクタとエミッタを逆にしてトランジスタを実行できます。コレクタはエミッタに比べて軽くドープされているため、ゲインは低くなりますが、Vce（sat）は1 mVの範囲で低下します。FETの前の時代では、このアプローチを使用して、サンプルアンドホールドなどのアナログ入力を接地しました。

その異なるキャリアと異なる移動モード。NPNについて話す。

ベース電圧を上げると、ホールがBE接合電位障壁を越えて動き始め、より多くの電子が戻ってきます。電子は、拡散によってベースを横切って移動します。高濃度から低濃度への移動は、電圧によって駆動されません。

BCジャンクションで自由電子の束が形成され、負に帯電した領域が形成され、コレクターの正の電圧によって掃引されます。

非修正ジャンクションの可能性。それがトリックです。

誰もがシンプルで非常に基本的な事実を逃しています。（ほとんどの初心者の教科書もこれを見逃しています。エンジニアリングの専門家でさえも無知のようです。）事実：接合部には常に電圧がかかっ ていますが、、場合でも、電源の入っていない無ダイオード効果を持つ場合でも、それの金属シリコンを...との接合部がある場合でも、鉄-銅、クロメル-アルメルなど

言い換えれば、ダイオードとトランジスタに関するすべてを理解したい場合、熱電対物理学と非整流接合を無視することはできません。そうすると、Vceは説明できなくなり、エンジニアリングの暗い謎になります。

[もっと来る]

理想的には、VbeはVcbと一致し、両方ともImaxおよびIc / Ib = 10でVce（sat）= 0の順方向伝導です。

Dave T.が指摘したように、Vbeベース拡散抵抗（別名有効シリーズRまたはESR）は均一ではありませんが、複数の狭いベースウェルを並行して作成することによりパフォーマンスが向上します。

より小さくドープされたBE接合のESRがCB接合のより大きなESRよりも高い場合、Vcbよりも高いVbeが得られるため、Vce（sat）が上昇します。現在のゲインは最大の約10％に低下しています。

• エピタキシャルプロセスは通常、垂直よりも平面です。
• エミッタとベースの接合にはイオン注入が使用されます。
• コレクタエミッタ電流は、埋め込みn +層を介して増加し、CE抵抗を低減します。 $R_{CE}$
• エミッタへのホールよりも多くの電子がベースに注入されました
• ベースが非常に狭く作られているため、ほとんどのエミッター電子はベースを通過してコレクターに到達します。

Zetexは、このエピタキシャル技術に関する約100のプロセス特許を発明しました。現在、Diodes Incには多くの製品がありますが、より高価なダイサイズは、Rceが1オームの範囲にある古いTO-3缶に代わる10ミリオームのRceと類似しています。これにより、高電流での熱放散が大幅に減少します。

ON Semiには独自の低Vce（sat）パーツもあります。

このSOT-23の体積は13セント未満で、Rce = 45 mOhm maxです。Vce max = 12V