トランジスタの増幅・スイッチング作用についての基礎知識まとめ

2026年8月31日

トランジスタに関する概略

トランジスタの構造と基本動作

構造

図：トランジスタの構造と図記号

p形半導体とn形半導体を3つ組み合わせた素子で
npn形とpnp形がある
（本記事ではnpn形をベースに解説）

制御の仕組み

図：トランジスタの造副作用

トランジスタは、ベース電流 IB によってコレクタ電流 IC を制御する素子。
＝ベース電流 IB によってコレクタ-エミッタ間の抵抗が変化する。

１．抵抗の変化
ベース電流 IB が大きいと抵抗が下がり、ベース電流 IB が小さいと抵抗が高くなるため
ベース電流 IB が大きくなるにつれてコレクタ電流 IC も大きくなる。

２．増幅作用とは
ベース電流 IB は数十 uA であるのに対し、コレクタ電流 IC は数 mA と約100倍になる。
→小さな電流 IB を入力し、大きな電流 IC を出力する働きを「増幅作用」と呼ぶ。

３．電流の供給元
実際にはベース電流 IB が増幅されてコレクタ電流 IC になるわけではなく
電源 VCCからコレクタ電流 IC を引っ張ってきている。

増幅作用と水配管のイメージ図

ベース電流 IB が大きくなるほどベース弁が開き
水槽から流れ出る水量（コレクタ電流 IC ）が増加する。
逆にベース電流 IBが減って 0 になると弁が完全に閉じ
水は流れなくなる。
（コレクタ電流 IC=0 ）

実務におけるポイント

実務での活用（スイッチング作用）

「水配管の弁を完全に開くか、完全に閉じるか」という動作を応用したものが「スイッチング作用」となる。
実務における電源回路（スイッチング電源）やインバータ装置などでは
ベースに電気を流すか否かで、電流のON/OFFを高速に切り替えている。
この高周波スイッチングにより
トランスを小型化できたり、安定した直流を出力したりすることが可能になる。

次世代パワー半導体（SiCとGaN）の台頭

電気自動車（EV）や再生可能エネルギー（太陽光発電など）で活躍するパワー半導体の素材が進化しており
従来のシリコン（Si）に代わり、次世代素材として以下の2つが特に注目されている。

素材	特徴・用途
SiC（炭化ケイ素）	Siと比べて絶縁破壊強度が約10倍と高く高耐電圧・低損失であることが特徴。 EVのモーター駆動用回路や太陽光発電のパワーコンディショナなど中〜大容量機器での普及が先行して進んでいる。
GaN（窒化ガリウム）	SiCと同様に高い絶縁破壊電界強度を持つが特に電子移動度が高く高速スイッチングが得意。現在はACアダプターやサーバー電源などの小型機器を中心に活用が拡大している。