令和6年度第三種電気主任技術者上期試験　理論科目 問110 解説 問11 問11

バイポーラトランジスタは電流によって動作を制御する電流制御素子であり、FETはゲート電極への印加電圧によって動作を制御する電圧制御素子であるため、選択肢(4)の記述は誤りです。

バイポーラトランジスタとFETの動作原理と特徴

半導体素子であるバイポーラトランジスタとFET（電界効果トランジスタ）は、それぞれ制御の仕組みや構造が異なります。

バイポーラトランジスタは、ベース端子に流し込む微小な電流を制御することで、コレクタからエミッタへ流れる大きな電流を増幅します。このとき、電流の担い手として自由電子と正孔の両方が関与するため「バイポーラ（双極性）」と呼ばれます。動作にはベース電流という電流の供給が不可欠であるため、電流制御素子に分類されます。

一方、FETはゲート端子に電圧を印加することで、半導体内部に形成される電界を利用してドレイン・ソース間の電流を制御します。ゲートに印加された電圧が電界を生み出し、チャネルと呼ばれる電流の通り道の導電性を変化させる仕組みです。このとき、電流を運ぶキャリアは自由電子か正孔のどちらか一方のみであるため「ユニポーラ（単極性）」と呼ばれます。ゲート電極は絶縁されているため、定常的なゲート電流はほとんど流れず、電圧のみで制御できる電圧制御素子としての性質を持ちます。

制御方式による分類の判断

選択肢の内容を判断するために、それぞれの素子の制御方式と物理的性質を整理します。

1. バイポーラトランジスタはベース電流で動作を制御するため、電流制御素子と定義されます。
2. FETはゲート・ソース間の電圧によってドレイン電流を制御するため、電圧制御素子と定義されます。
3. バイポーラトランジスタはベースに電流を流し込む必要があるため、FETに比べて入力インピーダンスが低くなります。
4. FETのゲート電極は絶縁層（酸化膜など）で構成されているため、バイポーラトランジスタのp-n接合構造に比べ、静電気による絶縁破壊を受けやすいという特徴があります。
5. バイポーラトランジスタのコレクタ電流は電子と正孔の両方が関与し、FETのドレイン電流はどちらか一方のキャリアが支配的であるという性質は、それぞれの動作原理に合致しています。

選択肢(4)の記述にある、バイポーラトランジスタを電圧制御素子とし、FETを電流制御素子とする説明は、実際の物理的な制御方式とは逆の関係を述べています。

バイポーラトランジスタのベースに流れる電流と、FETのゲートに加わる電圧の役割を重ねてみると、それぞれの素子が信号を増幅する際の仕組みの違いが見えてきます。

参考リンク

• トランジスタの基礎知識 - ローム株式会社
• 【電子回路】トランジスタの仕組みと使い方 - YouTube
• 電界効果トランジスタの定義と分類 - 電子情報通信学会 知識ベース