☆物理
◆ブレークダウン、アバランシェ現象
※逆方向電圧を大きくしていくと、突然、逆方向に電流が流れ始める。
⇒降伏現象（ブレークダウン）
逆方向電圧大⇒キャリアの加速⇒結合部の格子に衝突⇒電子や正孔が雪崩をうって流れるようになる「アバランシェ現象」
◆トンネル効果
アバランシェ現象よりも高い逆方向電圧を加える
Ｎ型半導体の価電子が空乏層を飛び越えてＰ型へ飛んでいく
⇒トンネル効果
（ツェナー降伏現象）
⇒降伏電圧、ブレークダウン電圧
⇒さらに逆方向に電圧を加えようとしても、その分流れる電流が増え、逆方向電圧はほぼ一定となる
※不純物濃度が高いと容易に起こる
◆バンドギャップ
※valence band 価電子帯
絶縁体や半導体において価電子で満たされたエネルギーバンド
※価電子帯の頂上から伝導体の底までのギャップがバンドギャップ。半導体や絶縁帯ではバンドギャップ中にフェルミ準位が存在する。金属では価電子を含むバンドに空きがあり（バンド中にフェルミ準位がある）、価電子がそのまま伝導電子（自由電子）となる。半導体や絶縁体では、価電子にバンドギャップを超えるエネルギーを与えて、価電子帯から伝導帯に冷機することで伝導電子を得られる。
※conduction band 伝導帯
◆ボディエフェクト
基板逆バイアス効果
逆バイアス電圧を高めると、バルク空乏領域を広げ、閾値電圧が高くなる
※ダイオードの原理や構造、回路構成については別ページへ
※ダイオードに関するLTspice記事については以下へ
SPICEの小瓶(35) 理想ダイオードでビヘイビアなピーク検出
SPICEの小瓶(28) 実回路化可能? 三角波-正弦波変換回路。ダイオード折れ線近似
※ダイオード回路に関する実験記事
定番回路のたしなみ(8) 定番とは言えない？ダイオードロジックでANDしてORして
◆小信号
※小信号用ダイオードの実験記事が以下に
お手軽ツールで今更学ぶアナログ(60) ダイオード1N914で実験、詰め込み過ぎ その１
◆パワー
※整流用ダイオードの実験記事が以下に
お手軽ツールで今更学ぶアナログ(63) PN接合容量の件、1N4001整流ダイオード
◆ツェナー・ダイオード
※ツェナー・ダイオードの実験記事が以下に
定番回路のたしなみ(26) 続ウイーン・ブリッジ発振回路、ツエナーダイオードでAGC的な？
部品屋根性(93) Zener ダイオード、Back to Back、どっち向けても同じ？
お手軽ツールで今更学ぶアナログ(22) Zenerダイオードの闇？？
◆ショットキー・バリア・ダイオード
※LTspiceでショットキー・バリア・ダイオードのリカバリ特性を小信号用ダイオードと比べた記事が以下に。
定番回路のたしなみ(7) 押さえておきたい？ダイオードのリカバリ特性
◆ゲルマニウム・ダイオード
※ゲルマニウム・ダイオードとシリコンダイオードの特性に関する記事が以下に
部品屋根性(92) 1N60、ゲルマニウム・ダイオード、最後の量産？IV特性比べてみるの回
☆トランジスタ
transfer of energy through varistor
◆バイポーラ・トランジスタ
※原理や構造、回路構成はdesign_activedeviceのバイポーラの項へ
※代表的な小信号用NPNトランジスタ2SC1815のスパイスパラメータの件
SPICEの小瓶(42) 2SC1815のスパイスパラメータ「２種」、実機と比べてみた
SPICEの小瓶(43) 勝手改ざんの2SC1815スパイスパラメータで実機特性に近付ける
※米国で一般的なNPNトランジスタ2N3904の実機特性の件
部品屋根性(91) 2N3904を題材にAD2のカーブトレーサ機能を使ってみる
※代表的な小信号用NPNトランジスタ2SC1815の実機特性の件
トホホな疑問(51) 定番2SC1815のIc-Vbe特性、意外とバラつかないのね？
＿◇PNP型
※原理や構造、回路構成はdesign_activedeviceのバイポーラの項へ
◆JFET
ジャンクションFET(Junction Field Effect Transistor)
接合型電界効果トランジスタ
│ Ｎｃｈ ＪＦＥＴの模式構造
│ ┌───────ＤＲＡＩＮ
│ ┌───┴───┐
│ │ │
│ ├─┐ ┌─┤
│ │ │ ↑ │ │
│ │ │ ｅ │ │
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │
│ ┌┤Ｐ│ Ｎ │Ｐ├┬──ＧＡＴＥ
│ ││ │ │ ││
│ ││ │ │ ││
│ ││ │ ↑ │ ││
│ │├─┘ ｅ └─┤│
│ ││ ││
│ │└───┬───┘│
│ │ └────┼──ＳＯＵＲＣＥ
│ └─────────┘
＿◇構造
※Ｎ型またはＰ型のチャネルを持つ
※チャネルの両側にゲートを持つ（逆バイアス）
⇒PN接合が逆バイアスされているため、入力インピーダンスが非常に高い
Ｎチャネルの場合、ゲート電圧は負
⇒ゲート電圧が低いほど空乏層が広がりチャネル幅狭まる
⇒ゲート電圧によりドレイン・ソース間の電流を制御
＿◇主要パラメータ
IDSS 飽和短絡ドレイン電流: ゲート電圧VGSが0Vのときに流れるドレイン電流の最大値
ピンチオフ電圧 (VP): VDSにかかわらずドレイン電流がほぼ一定になるゲート-ソース間電圧
相互コンダクタンス (gm): ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化の割合
＿◇特性
※ID-VDS特性
Ｉｄ
↑
│ Ａ Ｂ Ｃ
│ │││
│ ＊─────────────┼┼┘
│ ／ Ｖｇｓ＝０Ｖ ││
│ ／ ││
│ ／ ││
│ ／ ／＊──────────────┼┘
│／ ／ Ｖｇｓ＝ー１Ｖ │
│｜／ │
│／ │
│｜／＊────────────────┘
│／ Ｖｇｓ＝ー２Ｖ
０─────────────────────→Ｖｄｓ
Ａ：Ohmic region
＿ Id対Vdsはオームの法則に従う
Ｂ：Saturation region
＿ Vdsにかかわらず一定の電流が流れる
Ｃ：Breakdown region
＿ Vdsの最大電圧を超えると大電流がながれる
０：cut-off region
＿ トランジスタはオフ状態。Idは流れない
＊：Pinch-off
＿◇他の特徴
放射線耐性が高い
◆ＭＯＳ－ＦＥＴ
Metal-Oxide-Semiconductor
＿◇S, D, G
Source
Drain
Gate
＿◇接合
ＭＯＳトランジスタで接合は
①逆方向に電圧を印加
②逆方向の漏れ電流は信号の伝達には無関係（無駄な消費電力）
＿◇チャネル
チャネルのでき具合はゲートに加える電圧に依存し、ソースとドレイン間に流れる電流はゲート電圧の関数として与えられる。
＿◇p-MOSとn-MOS
※p-MOSトランジスタ
正孔が入り口Ｓから入って出口Ｄから流れ出るMOSトランジスタ
※n-MOSトランジスタ
電子が入り口Ｓから入って出口Ｄから流れ出るMOSトランジスタ
＿◇エンハンスメント型とデプレッション型
＿◇温度特性
※Vth
※移動度μ
＿◇高耐圧ＭＯＳ－ＦＥＴ
①ゲート酸化膜を厚くする
②ドレインをＬＤＤで包む（濃度勾配緩和）
③ソース・ドレイン間のチャネル長を長くとる
⇒インピーダンスが高くなる。通常型に対して約５倍。
⇒サイズ大
※ＬＤＤ：Lightly doped drain
☆基本回路
◎ＰＭＯＳ
◎ＮＭＯＳ
◎ＣＭＯＳ
◆インバータ回路とその動作
○Ｖｃｃ
│
├┐
│┌┘│Ｔ２
┌─┤│→┘
入力│ │└┐ 出力
○─┤ ├──○
ＶＩ│ │┌┘ ＶＯ
└─┤│←┐
│└┐│Ｔ１
├┘
│
○Ｖｓｓ
電源電圧Ｖｃｃを印加し、入力ＶＩをＶｓｓからＶｃｃに変化させたときのＶｏおよび電源電流Ｉｃｃの変化
Ｖｏ↑ ＊：Ｖｏ
│ ＋：Ｉｃｃ
Ｖｃｃ＊＊＊＊
│ ＊
│ ＊＋
│ ＋＊＋
│ ＋＊＋
│ ＋＊＋
│ ＋ ＊ ＋
│ ＋ ＊ ＋
│ ＋ ＊＋
│ ＋ ＊＋
│ ＋ ＊＋
Ｖｓｓ└─＋───────＊───→ＶＩ
Ｖｃｃ
←①→←─②───→←③→
①ＰチャネルトランジスタＴ２のみオン
Ｖｏ＝Ｖｃｃ，Ｉｃｃほとんど流れない
②ＶＩを増加させるとＮチャネルトランジスタＴ１がオンを初めるのでＶｏがじょじょに下がる
※あるＶＩで急激に下がる＝回路スレッショールド電圧
この値を超えるとＶＩの増加につれてＶｏはＶｓｓに近づく
※②の領域でのＶｏはＴ１，Ｔ２のオン抵抗の比で決まる。Ｉｃｃは流れ、ＶＩが回路スレショールド電圧のとき最大となる
③ＮチャネルトンラジスタＴ１のみオン
Ｖｏ＝Ｖｓｓ，Ｉｃｃほとんど流れない
◆使用上の注意点
＿◇未使用入力端子の処理
未使用入力端子はＶｃｃまたはＶｓｓに接続し、開放しないこと。開放すると中間電位が入力され、消費電流が増したり、不安定な動作をすることになる
＿◇電源ライン
スイッチング時にスパイク状に電流が流れるので、ＶｃｃとＶｓｓの間の最短距離に高周波特性のよい０．１μＦ程度のセラミックコンデンサを配置。Ｖｃｃ，Ｖｓｓ配線はできるだけ太くする。大電流ドライバ回路がある場合には、ロジック系と電源ラインを分けること。
＿◇ラッチアップ対策
※ラッチアップが起きる条件
ＶＦ：入力クランプダイオードの順方向電圧
Ａ．ＶＩ＞Ｖｃｃ＋ＶＦ
Ｂ．ＶＯ＞Ｖｃｃ＋ＶＦ
Ｃ. ＶＩ＜Ｖｓｓ－ＶＦ
Ｄ．ＶＯ＜Ｖｓｓ－ＶＦ
Ｅ．ＶＣＣ過大
※Ａ／Ｃのケース
２電源を使用する場合に、電源の立ち上がりにさがあるとラッチアップが発生しやすい。電源の異なるＩＣ間の信号線に直列抵抗をいれ、電流を１０ｍＡ以下に制限するとよい。
微分回路を使用すると入力電圧がＶｃｃ，Ｖｓｓを超えてしまうので、ダイオードを接続して電圧をクランプする。抵抗も接続して電流も制限する。
リレー、モータ等の大電流回路をドライブする場合、コイルのリアクタンスにより電源スパイクが発生する。それらコイルとはなるべく電源を分離すること。またＶｃｃ－Ｖｓｓ間に０．０１～０．２２μＦのコンデンサを接続。