電子デバイス／バイポーラトランジスタ

２．電気信号の増幅とは

　トランジスタとは何かというと増幅機能がある３端子の素子ということになりますが、それでは増幅作用とは何でしょうか。図２－１のように何か中身のわからない箱（ブラックボックスといいます）があって、これに４つの端子がついているとします。いま端子１と２の間に電源を繋いで電圧ｖ_１をかけたところｉ_１という電流が流れたとします。

　このとき端子３と４の間に抵抗値Ｒ_Ｌの抵抗器を繋いだところ、電流ｉ_２が流れ、端子３と４の間、つまり抵抗器Ｒ_Ｌの両端に電圧ｖ_２が発生したとします。このときｖ_１とｉ_１の積Ｐ_１（＝ｖ_１×ｉ_１）よりｖ_２とｉ_２の積Ｐ_２（＝ｖ_２×ｉ_２）が大きければ、電力が増幅されていると言えます。電圧と電流をかけたものが電力ですからＰ_１、Ｐ_２は電力です。

　こんなことができるのでしょうか。例えば図２－２のようにブラックボックスの中に抵抗器を繋いだ簡単な回路が入っているとします。これでは抵抗値をどう変えようがＰ_１よりＰ_２を大きくすることはできません。また回路をどう複雑に変えても、抵抗器以外の部品を使ったとしても無理です。トランジスタを使えばできるという話ではないのかということですが、それには重要な条件があります。

　その条件とは電源を繋ぐということです。入ってくる電力Ｐ_１以外に電力を入れてやることが条件です。トランジスタとは電源から入ってきたエネルギーＰ_０の一部をＰ_１にうまく加え合わせる機能がある素子なのです。

　図２－３のようにブラックボックスの端子１、２（入力端子と言ってもよい）に入る電力Ｐ_１とは別の電力Ｐ_０が供給されてはじめて端子３、４（出力端子）にＰ_１より大きなＰ_２が出てきて増幅が起きます。エネルギーは無駄が少ないほどよいのですが、実際にはブラックスボックスに入るエネルギー（Ｐ_１＋Ｐ_０）がすべてＰ_２になるわけではなく、一部は無駄になります。ですからブラックボックスに出入りするエネルギーをみると決して増えておらず、普通は減っています。この点に注意してトランジスタの動作を見ていく必要があります。

　なお、図２－３のブラックボックスは入力、出力合わせて４つの端子があります。普通は図２－２のように端子２と端子４は繋いで共通の端子とした回路にして端子数を減らします。そうすると３端子のトランジスタ１個がこのブラックボックスの中身とみることもできます。