ダイオード、サイリスタ、トランジスタについて

パワーエレクトロニクスで重要な要素としてパワー半導体デバイスがあります。
本項ではパワー半導体デバイスの3つ、ダイオードとサイリスタ、トランジスタの説明をします。

各半導体の詳しい仕組みなどについては、理論の分野で取り上げていますので必要に応じて参照してください。

ダイオード
ダイオードは電流が一方方向にのみ流れる半導体で、そのような働きを整流(交流を直流にする)といいます。

図のアノードからカソード側にのみ電流が流れます。

サイリスタ
ダイオードによく似ていますが、サイリスタにはアノード・カソードとゲートという端子があります。

ゲートに電流を流すと通電させることをターンオン(点弧)、通電した状態からオフの状態にすることをターンオフ(消弧)といいます。
簡単にいうとスイッチのような役割を果たせる半導体ということです。
ただし、サイリスタはゲート電流をオフにしても通電状態が持続するのが特徴と言えます。
サイリスタの種類とその特徴は下記の表をご覧ください。

トランジスタ
トランジスタの役割には、電流の増幅とターンオン・オフがあります。
代表的な3つのトランジスタ、バイポーラトランジスタ・MOSFET・IGBTについて説明していきましょう。
バイポーラトランジスタは、コレクタ(C)・ベース(B)・エミッタ(E)という3つの端子があるトランジスタです。


ベースに小さな電流が流れると、コレクタとエミッタの間に大きな電流が流れ、ベースに流れる電流の変化が、コレクタとエミッタの間では大きな変化として現れるのが特徴です。
この特徴を利用して、回路の電流のオン・オフ制御と電流の増幅のために使用されます。

MOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)も端子は3つですが、ドレーン(D)、ソース(S)、ゲート(G)となっています。


バイポーラと同じく電流のオン・オフ制御と電流の増幅に使用されますが、低電圧での変換効率が良いこととスイッチングが速いのが特徴で、低電圧の変換装置で高周波数のスイッチングに使用されます。

IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)はコレクタ(C)、エミッタ(E)、ゲート(G)の三つの端子で構成されています。


他のトランジスタと同じく電流のオン・オフ制御と電流の増幅に使用されます。
バイポーラトランジスタとMOSFETの良いところを併せ持ったトランジスタで、様々な用途に使用されています。

パワーエレクトロニクスでは半導体が重要な要素となっています。
既に理論分野で覚えているかもしれませんが、ここでは各半導体の特徴とどのように使用されるかを覚えておくと良いでしょう。




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