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12.8 : BJT のスイッチング

バイポーラ接合トランジスタ (BJT) のスイッチング動作は、さまざまな電子回路、特にスイッチやアンプなどのデジタルロジックアプリケーションで利用される基本的な側面です。一般的なスイッチング回路では、BJT はカットオフモードと飽和モード (それぞれ「オフ」状態と「オン」状態に対応) を交互に切り替え、理想的なスイッチのように動作します。

カットオフモード (「オフ」状態): この状態では、エミッタ ベース接合とコレクタ ベース接合の両方が逆バイアスされます。トランジスタは端子間の電流の流れを防ぎ、デバイスを事実上「オフ」にします。このモードは、信号伝送が不要な場合に使用され、回路の低電力状態が維持されます。

飽和モード (「オン」状態): カットオフモードとは対照的に、飽和状態では両方の接合が順バイアスされます。この設定により、コレクタからエミッタへの電流が最大になります。このモードの BJT は閉じたスイッチのように動作し、回路を介した完全な信号伝送を可能にします。

スイッチングダイナミクス: 「オフ」状態と「オン」状態の間の遷移は、通常、正の入力電流パルスによって開始されるエミッタベース電圧の突然の変化によってトリガーされます。これらの遷移中のコレクタ電流の動作は、効果的なスイッチングにとって重要です。これは、トランジスタのベース領域に蓄積された総過剰少数キャリア電荷の変化に依存します。

ターンオン段階で、ベース電荷が特定のしきい値 (Q_S と表記) を超えると、BJT は飽和モードに入ります。逆に、ターンオフ段階では、蓄積された電荷が Q_S に戻るまでコレクタ電流はほぼ一定のままで、トランジスタはアクティブモードに戻り、カットオフモードに近づくにつれて最終的にゼロに向かって減少します。

これらの遷移と関連する電荷ダイナミクスを理解することは、パフォーマンスと電力の損失を最小限に抑えながら状態間を迅速に切り替えることができる効率的な BJT を設計するために不可欠です。

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BJT SwitchingCut off ModeSaturation ModeOn off StatesSwitching DynamicsExcess Minority Carrier ChargeTurn onTurn offActive ModeDigital LogicAmplifiersSwitchesCharge Dynamics

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