【3陸特】令和4年度2月期14問目(無線工学) トランジスタとFETの電極、図の→は水洗トイレで覚える!


このブログを書いた2023/1/5現在、問題は

https://www.nichimu.or.jp/vc-files/kshiken/pdf/siken/2/riku-toku-3-kogaku.pdf

 

回答は

https://www.nichimu.or.jp/vc-files/kshiken/pdf/siken/2/riku-toku-3-kogaku-kaito.pdf

にあります(1年分しか保管していないみたいなので、そのうちなくなります)。

 

 

トランジスタとFETの電極の対応を聞いた問題。

 

トランジスタの電極は
エミッターベースーコレクタ

 

FETの電極は
ソースーゲートードレイン

 

と覚えている人にとっては、すぐにベースとゲートが対応するとわかるけど

これを実際のトランジスタの電極で覚えている人は、

detail-infomation.com

 

にあるようにトランジスタの電極を「えくぼ」(エミッタ、コレクタ、ベース)と覚えている。この場合、FETは

875s.com

 

にあるように、接合型とMOSで電極の配置が異なるので・・・接合型で覚えている人は対応が異なり、混乱してしまう。

 

この問題は物理的な配置を訪ねているのではなく、機能的な意味で、尋ねている

・・・って、そもそも、トランジスタやFETの機能って?

 

 

トランジスタ、FETの機能

 

トランジスタもFETも増幅やスイッチングの機能を持っている。

どういう仕組み化というと・・・水洗トイレを考えるとイメージしやすい

 

水洗トイレは、

・水をためる貯水槽があって、

・水を流す(大・小の区別あり)レバーなりなにかがあって

・汚物を下水に流す 

という仕組みになっている

 

水を流すレバーを回すには小さな力でいいけれど、

水はいっぱい流れて、大きな力を生み出す。

このレバーに流す力を入力とみると、

出力は大きな力を生み出しているので、増幅しているといえるし、

レバーを押さないと水が流れないので

スイッチとも見える。

 

このレバーに相当するところ、つまり

大きな流れ(電流)を制御するのに、

・電流を使うものがトランジスタ

・電圧を使うものが(抵抗を変化させる)FET

という違いがあります。

 

 

トランジスタと水洗トイレ

 

 トランジスタの電極、

  ・エミッタ

  ・ベース

  ・コレクタ

 

 このうち、コレクタはわかりやすい。

 切手コレクターとか、フィギュアコレクターなどいますよね。

 フィギュアコレクターっていうのは、

   ゆず君でしょ、りかちゃんでしょ、まおちゃんでしょ・・・

  「♪違う違う、そうじゃ、そうじゃな~い♪」

 人形を集めている人のこと。

 

つまり、コレクター=収集家・・・あつめるところ。

 下水を集めるところに相当します。

 

 エミッタですけど、

  えみっと(emit)放出する

 という英語を覚えてください。

 放出するのは、貯水タンクからですよね。

 

 で、のこりのベースですが、これ、ベースライン、

 基準っていう意味ですかねえ~

 基準、水を流す基準を見めているのはレバーのところで、

 これがベース

 

 

トランジスタの図の→

 

エミッタは放出するものなので、→のイメージありますよね。

エミッタの足のところにこの→を書くのですが、

トランジスタはPNPとNPNがある。

 

Pはプラスと考えよう。プラスは正(方向)なので

PNPはエミッタから→がでている形

 

Nはネガティブ、マイナス マイナスは数直線などでも、プラスと反対方向。

エミッタのところの足は、反対方向←になる。

shimatake-web.com

に図がある

 

 

■FETと水洗トイレ

FETの場合、電極は

  ・ソース

  ・ゲート

  ・ドレイン

 

 まずはソース。

 ソースって、ブルドックとか、おたふくとか?

  「♪違う違う、そうじゃ、そうじゃな~い♪」

 それはsauce 、ここで言っているのは、

 ニュースソースなんかのソースSource

 源、水源とかいう意味。

 水洗トイレの水源は、言わずと知れた貯水タンク。

 

 次にドレイン

 ドレインって、排水口っていう意味。

 水洗トイレだと、汚物が流れるところだよね。

 

 で、残りのゲート。ゲートは門。水門を思い浮かべてください。

 水の開け閉めをするってことで、これはレバーのところ。

 

 

■FETの図の→

 FETは接合型とMOS型で違いがあり、

 それぞれにP型、N型がある。

 

 まず、接合型P型を考える

 トランジスタはエミッタが→でした。

 

 エミッタは貯水タンク、

 貯水タンクはFETではソースでした・・・

 

 ・・・がFETでは→をソースで表しません。

 ゲートに→が付きます。

 

 そこで、放出するソース(トランジスタのエミッタ)から

 ゲートに向けて矢印を引くと、

 矢が外向きに行きますよね。それが、PチャネルF接合型FET

 

 Nチャネルはネガティブなので向きを逆にするのでした。

 Pチャネルの矢を反対向きにします。

 内側の棒に入ってくる感じ。

 

 MOS型は、→を、ソース、ゲート、ドレインのどれにも書きません。

 新しい線をゲートの反対側に書き、その線に→を書きます。

 

 P型は放出側から→で考えるのでした。

 放出側から、新しい足に向けて→を書くと、

 →は、外無二に行きますよね。それがPチャネルMOS型FET

 

 NチャネルMOS型FETは→の向きが逆になります。

 詳しくは↓の図参照

engineer-education.com

 

 

 

■まとめ:トランジスタとFETの電極の対応

 

水洗トイレの対応で考えると

 

貯水タンク(放出):エミッタ(トランジスタ)、ソース(FET)

レバー(調節):ベース(トランジスタ)、ゲート(FET)

排水溝(収集して流す):コレクタ(トランジスタ)、ドレイン(FET)

 

となります。よって、正解は

 ゲートとベースの組み合わせ

です。