トランジスタの動作原理│hFE(電流増幅率)と接地方式

📌 この記事で学べること

• トランジスタは「電気の蛇口」小さな電流で大きな電流を制御できます
• hFE(電流増幅率)はてこの原理と同じです
• 3つの接地方式(エミッタ・ベース・コレクタ)の使い分けがわかります
• 増幅回路でマイクの小さな音を大きくする仕組みがわかります
• バイアス回路はトランジスタの「準備運動」です

💡 電験三種で出題されるトランジスタの基礎を、中学生でもわかる言葉で完全理解!

💡 こんな方におすすめ
✅ トランジスタが何なのか全くわからない方
✅ 増幅回路の仕組みをイメージできない方
✅ hFEや接地方式などの専門用語に困っている方
✅ 電験三種の理論科目で基礎を固めたい方

🔑 トランジスタの基本
✅ 小さな電流(ベース電流)で制御
✅ 大きな電流(コレクタ電流)を流せる
✅ ベース電流の大きさで、コレクタ電流の量を調整できる
→ この性質を「電流増幅」と呼びます

💡 簡単な覚え方
• ベース(B) → ハンドル(制御する)
• コレクタ(C) → Collection(集める・入口)
• エミッタ(E) → Emit(放出する・出口)
• 電流はコレクタ→エミッタの向きに流れ、ベースで制御します!

⚖️ てこの原理のイメージ
• シーソーを思い出してください
• 支点をうまく使えば、小さな力で大きな重さを持ち上げられます
• 例: 1kgの力で100kgを持ち上げる → 100倍!
→ トランジスタも同じです!

hFE = コレクタ電流(IC) ÷ ベース電流(IB)

何倍に増幅されるかを表す数字

💡 重要ポイント!
• hFEが大きいほど増幅率が高い(少ない電流で大きな電流を制御)
• 一般的なトランジスタのhFEは50〜300程度
• 電験三種では、hFE = 100が標準値としてよく使われます
• ベース電流を少し変えるだけで、コレクタ電流が大きく変わります

📝 例題
問題: トランジスタのhFE=150、ベース電流IB=0.2mAのとき、コレクタ電流ICは?

解答: IC = IB × hFE = 0.2mA × 150 = 30mA

🔑 接地方式の基本
• トランジスタの3つの足のうち、1つを地面(GND)につなぐ
• どれをつなぐかで、3つの接地方式がある
• それぞれ得意・不得意があります

🎤 エミッタ接地の特徴
✅ 最も増幅率が高い(電圧・電流ともに増幅)
✅ 入力と出力の位相が逆になる(180度反転)
✅ 一般的な増幅回路で最もよく使われる
✅ 用途: オーディオアンプ、ラジオ、テレビなど

📡 ベース接地の特徴
✅ 高周波(ラジオ波など)に強い
✅ 電圧増幅はあるが、電流増幅はほぼ1倍
✅ 入力と出力の位相が同じ(反転しない)
✅ 用途: ラジオのアンテナ回路、高周波増幅器

🔄 コレクタ接地の特徴
✅ 電圧増幅はほぼ1倍(増幅しない)
✅ 電流増幅はある(hFE倍)
✅ 入力と出力の位相が同じ(反転しない)
✅ 用途: バッファ回路(信号を安定化)、インピーダンス変換

💡 覚えるポイント
• エミッタ接地が最も増幅率が高く、最もよく使われる!
• 電験三種では、エミッタ接地が最頻出
• 3つの違いを表で比較できるようにしておくと安心です

🔑 増幅回路の3つの要素
① 入力信号: 小さな電気信号(マイクから)
② トランジスタ: 信号を増幅する部品
③ 電源: 増幅のエネルギー源(バッテリーやACアダプター)

⚠️ よくある誤解
❌ トランジスタが電気を作り出して増幅する
✅ トランジスタは電源のエネルギーを使って増幅する
→ 電源がないと増幅できません!

💡 わかりやすいたとえ
• トランジスタは「水門の番人」
• 小さな力(ベース電流)で水門を開ける
• ダムの大きな水(電源)が一気に流れる
• 結果として、大きなエネルギーが出力される

📝 例題
問題: hFE=200のトランジスタを用いた増幅回路で、入力信号によりベース電流が0.1mA変化した。コレクタ電流の変化量は?

解答: ΔIC = ΔIB × hFE = 0.1mA × 200 = 20mA

🏃 準備運動のたとえ
• いきなり全力疾走すると体を痛める
• 準備運動をして「ちょうどいい状態」にする
• そうすれば、最高のパフォーマンスが出せる
→ トランジスタも同じです!

🔑 バイアス回路の役割
① トランジスタを「ちょうどいい動作点」にセットする
② 温度変化があっても動作を安定させる
③ 入力信号を正確に増幅できるようにする

💡 わかりやすいたとえ
• バイアスなし → 天秤が片方に傾いている(使えない)
• バイアスあり → 天秤が真ん中でバランス(完璧!)
• 信号が来ると、真ん中から左右に振れる(増幅)

🔧 バイアス回路の構成要素
• ベース抵抗(RB): ベース電流を制限する
• コレクタ抵抗(RC): コレクタ電流を制限する
• エミッタ抵抗(RE): 動作を安定させる
• これらを組み合わせて、ちょうどいいバイアスを作ります

💡 重要ポイント!
• バイアス回路は増幅回路に必須
• バイアスがないと、信号が正確に増幅されない
• 電験三種では、「動作点」「バイアスの役割」が出題される
• 「準備運動」のイメージで覚えればOK!

🎯 この記事のポイント復習

• トランジスタ = 水道の蛇口小さな力で大きな水流を制御
• hFE(電流増幅率) = てこの原理小さな力を何倍にも増やす
• 3つの接地方式: エミッタ接地が最も増幅率が高く実用的
• 増幅回路: 電源のエネルギーを使って信号を大きくする
• バイアス回路: トランジスタの「準備運動」で動作を安定化

💡 電験三種対策|これだけ覚えればOK!
✅ hFEの計算式: IC = IB × hFE
✅ エミッタ接地: 最も増幅率が高い(最頻出)
✅ 増幅には電源が必須(エネルギー源)
✅ バイアス回路: 動作点を安定化させる
✅ トランジスタの3つの足: E(エミッタ)・B(ベース)・C(コレクタ)

🚀 さらに深く学びたい方へ

この記事で基礎は完璧です!次はオペアンプやFET(電界効果トランジスタ)など、より高度な電子回路に挑戦してみましょう。電験三種は本当に人生が変わるのか？年収・転職データで徹底検証、電験三種の合格率は上がっている？年度別推移と背景を徹底分析で、全体像をつかんでください。