トランジスタで、Vbe0.6Vとはどこから得られますか。

質問

こんにちは。
電子回路は、まったくの初心者で、
本で、勉強しています。
トランジスタで、よく、
Vbe=0.6V(ないし0.7V）
と書かれています。
しかし、2SC1815の場合、
この0.6V-0.7Vは、
データシートからは、
得られません。
一番近いのは、
ベース飽和電圧MAX1.0Vです。
この、0.6Vとは、データシートの
ベース飽和電圧のことと
考えていいのでしょうか。
（とすると、トランジスタが変われば、
Vbeを0.6Vにせず、データシート上の、
ベース飽和電圧に従えばいいこと
になりそうです）。
また、ベース飽和電圧とは、簡単に、
トランジスタが、ONになるときの
電圧と考えて大丈夫でしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.1

noname#93649 · ベストアンサー

あんまり詳しくないですが。

> この、0.6Vとは、データシートのベース飽和電圧のことと
> 考えていいのでしょうか。

そうですね。VBE は一定で変化しない方が使いやすく、
いっそ 0.5V とか扱いやすい数字であると計算しやすいのですが、
現実にはシリコンの特性によって約0.6V要るし
電流が増えればVBE も若干増える、
部品メーカーが保証する 2SC1815 の特性が最大1.0V、
という意味です。

データシートを見ると
http://www.cntl.kyutech.ac.jp/robocar/2003/references/kurolab/datasheet_kurogi/2sc1815.pdf

ベース・エミッタ間飽和電圧VBE(sat) と コレクタ電流 Ic のグラフが載ってます、
このグラフではIc=0.1V の時に VBE(sat)は約0.6V、である様子も読み取れます。

これらグラフは保証値ではありませんが、設計には時折利用します。

> トランジスタが、ONになるときの電圧と考えて大丈夫でしょうか。

概ねそういう事です。
ただ、「キッチリ0.6V」でなく電流など条件による変動、製造個体差があるので、
設計にはある程度それを加味します。

お礼

回答ありがとうございました。
質問の仕方が悪かったようで、すいません。
0.6Vの理由ではなく、単純に、データシート
から、その数字が分からないのか、
という趣旨でした。
その意味では、＃２さんの回答が、
近かったように思います。
それでも、いろいろな考え方が学べて、
非常にためになりました。
本当ににありがとうございました。
趣味ですので、どんな部品でも、
データシートを見て、
シュミレータで、実験して、回路が組めれば、
いいと思っています。

回答No.5

soramist

質問タイトルと質問文（質問内容）の落差にずいぶん悩みました。(^_^;)

タイトルどおりであれば、ANo.4さんが完璧なご回答を書いておられるので、わたしの出番はありません。
しかし、質問文を読んでいて、質問者さんは本当は「Vbe0.6Vがどこから得られるのか？」を知りたいのではなく、むしろ”設計の拠り所として”「Vbeを知ることの必要性（Vbeがどういうふうに使われるのか）？」を知りたいのではないか、と思いました。

ANo.4さんはいつも素晴らしいご回答を書いておられます。
本来なら、この方の後にわたしが書き込みするような失礼なことは、決していたしません。
しかし、今回に限り、上記のようなわたしの勝手な解釈から、書き込みさせていただくことにしました。
もし、わたしの解釈が誤っておりましたら、この書き込みは無視してください。

[ベース・エミッタ間飽和電圧について]
（質問からちょっと外れますが、先ずこの項目から始めます）
今まで、一度も気にしたことのない項目だったのでびっくりしました。
確かに、ANo.1さんが貼られたデータシートの中の「電気的特性」の中にありますね。
そこでweb検索をしてみたのですが、コレクタ・エミッタ間電圧の解説は多数あるものの、ベース・エミッタ間飽和電圧に関する資料はまったくありません。
随分時間をかけてようやく、下記のサイトに辿りつきました。
「4.コレクタ・エミッタ間電圧」と「5.ベース・エミッタ間飽和電圧」の測定方法が記載してあります。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/product/transistor/faq/bipolar/answer_bipolar02.html

これを読むと、両者とも測定条件（測定点・操作法）はまったく同じであることがわかります。
2SC1815を例にとると・・・
先ず、コレクタ電流が100mA(規定値)になるように、コレクタ電源（定電流源）をセットします。
次に、ベース電圧（定電圧源）を徐々に増加させ、これが10mA(規定値)になるように設定します。
（注　勿論、ベース電圧が0Vのときは、コレクタ電流設定値が100mAであっても、実際には電流は流れません。電源電圧の最大値がかかるので、注意書きに「（これが）耐圧以下になるように」と記載してあります）

このときの、コレクタ・ベース電圧を読み取れば、それが「コレクタ・エミッタ間飽和電圧」であり、ベース・エミッタ電圧を読み取れば、それが「ベース・エミッタ間飽和電圧」なのです。

ここで気付かれたかと思うのですが、「コレクタ・エミッタ間飽和電圧」の方は、たしかに、ベース電流を増加させるに従いコレクタ・エミッタ間電圧がだんだん下がって行く・・・そして、これ以上、下がらない（飽和した）点が「コレクタ・エミッタ間飽和電圧」であるから、用語と現象がほぼ合致しているのですが、「ベース・エミッタ間飽和電圧」の方は、”飽和しているのはコレクタ電圧”なのですから、この用語には大変違和感がありますが、まあ、用語というのはいろんな定義がありますから、”そう決められているなら仕方がない”でしょう。

[特性曲線上の動き]
上記の説明をもっとよく理解するために、特性曲線上の動きで眺めてみましょう。
2SC1815データシートの２ページ左上、「コレクタ・エミッタ間電圧　対　コレクタ電流」のカーブを見てください。
これは、ベース電流がパラメータになっています。
本当は、ベース電圧がパラメータになっている特性曲線のほうがよいのですが、そんなもの、鉦と太鼓で探してもありませんので、一応これで我慢することにします。
ここで、「ベース電圧とベース電流は相関関係にある（比例ではないが、とにかく一方が増加すれば相手側も増加する）」というのが前提です。

先ず、コレクタ電流は100mAに設定していますが、ベース電圧0（当然流も0）ではコレクタ電流は流れません。
徐々にベース電圧を上げていくと、ベース電流が1mAになったところで、コレクタ電圧が1.5Vくらいになることがわかります。
更にベース電流を増やして行くと、コレクタ電流は（100mAに設定していますから）100mAの軸上を水平に左に動いて行きます。
ベース電流が6mAのとき、コレクタ・エミッタ間電圧は約0.15Vと読み取れます。
ここらあたりで、コレクタ・エミッタ電圧はほぼ飽和している、とみてもよいのですが、規定上、もう一押しして、10mA流したときのコレクタ・エミッタ間電圧を測定して、測定を打ち切ります。
これが電気的特性にあるコレクタ・エミッタ間電圧0.1Vであり、このときのベース・エミッタ間電圧が、ベース・エミッタ間飽和電圧1.0Vです。（保証値）

[ベース・エミッタ間電圧対ベース電流について]
ベース・エミッタ間電圧対ベース電流のデータは、データシート３ページの左下にありますが、この図が飽和電圧とはまったく無関係であるｋとがおわかりかと思います。
この図の1mA(1000μA)のところで、電圧は0.8Ｖとなっています。
この状態は、前述のベース電流1mAのところ（＝コレクタ電圧1.5Vのところ）に相当します。
更にこのグラフを上のほうに延長すれば、10mAくらいでベース電圧は1Vくらいになるわけですが、飽和するのは前述の通りコレクタ・エミッタ間電圧であり、ベース・エミッタ電圧が飽和するわけではありません。

ベース・エミッタ間電圧はダイオード特性と同じと言われます。
ダイオードの場合、ある程度電流が増えれば、電圧は急激に増加することが知られています。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/Diode/CMG02_ja_datasheet_080303.pdf

[要約]
最後になりましたが、ご質問に対し各論形式でご回答を記載しておきます。

>しかし、2SC1815の場合、この0.6V-0.7Vは、データシートからは、
得られません。

バイポーラ・トランジスタは電流ドライブが基本です。
これは、コレクタ電流がベース電流とのみ比例関係があるからです。
（ベース電圧とは比例関係がありません）

信号源は電圧で捉えることが多いのですが、これをトランジスタに加える場合、フィードバック回路を構成して、信号電圧対ベース電流が直線関係になるような工夫をします。
ですから、ベース電圧を問題にするようなことはなく、ベース電圧対コレクタ電流のデータは必要ないのです。
ただ、あまりにも高いと、上記の線形関係が崩れてきますので（フィードバック回路でも補償しきれなくなる）、コレクタ飽和のところで最大値を保証しているのです。

>この、0.6Vとは、データシートのベース飽和電圧のことと考えていいのでしょうか。

違います。（理由は前述のとおり）

>ベース飽和電圧とは、簡単に、トランジスタが、ONになるときの
電圧と考えて大丈夫でしょうか。

トランジスタでスイッチング動作をさせるとき、通常、ここまで深いドライブはしません。

上記説明でほぼご納得いただけたのではないかと思うのですが、言葉足らずのところもあるかと思いますので、ご不明な点がありましたら、補足欄から再質問してください。

お礼

回答ありがとうございました。
質問の仕方が悪かったようで、すいません。
0.6Vの理由ではなく、単純に、データシート
から、その数字が分からないのか、
という趣旨でした。
その意味では、＃２さんの回答が、
近かったように思います。
それでも、いろいろな考え方が学べて、
非常にためになりました。
本当ににありがとうございました。
トランジスタの本は、いくつも読んで、
学びたいのですが、非常に難しいですね。
自分としては、物を作るほうが主体ですので、
本末転倒にならないように、
作りながら、少しずつ学んでいければと
思っています。
（嫌いではないので、のめりこみそうに
なるのですが、あせらずに、学びたいと
思います）。

回答No.4

inara1

rheda さんの質問の主旨は、ダイオードやトランジスタの電圧-電流特性の立上がり電圧の 0.6V というのがどこから出てくるのかということでしょうか。それは、ダイオードに逆電圧（逆バイアス）をかけたときに流れるリーク電流と関係があります。この電流が大きいものほど立上がり電圧が小さくなります。

ちゃんと説明すると数式を使わなければならないのですが、結果だけ示すと、立ち上がり電圧 Vr (V) とリーク電流 Is (A) の関係は次式で表されます（logは自然対数）。
　　　Vr = Vt*log( 0.5*Vt/Is )
Vt というのは熱電圧と呼ばれるもので、素子温度によって変わりますが、室温で 26mV くらいです。Is は飽和電流と呼ばれる量で、rheda さんがお使いの TINA-TI の Saturation current という項目のことです。立ち上がり電圧が 0.6V くらいのトランジスタやダイオードの Is は 100fA～1pA になります。Is が10nA～100nA なら立ち上がり電圧が 0.3V くらいになります。普通のダイオードとショットキーダイオードの動作電圧（VF）とリーク電流（IR）の関係を調べてみると上式に近い関係になっていることが分かると思います。

飽和電圧というのは、NPNトランジスタの場合、ベースからエミッタへ流れる電流と、ベースからコレクタへ流れる電流が同じくらいになるようなコレクタ-ベース間電圧のことで、上の立上がり電圧とは関係があります（立上がり電圧よりは小さい値になりますが、立上がり電圧が大きいほど大きくなります）。

お礼

回答ありがとうございました。
質問の仕方が悪かったようで、すいません。
0.6Vの理由ではなく、単純に、データシート
から、その数字が分からないのか、
という趣旨でした。
その意味では、＃２さんの回答が、
近かったように思います。
それでも、いろいろな考え方が学べて、
非常にためになりました。
本当ににありがとうございました。
趣味ですので、どんな部品でも、
データシートを見て、
シュミレータで、実験して、回路が組めれば、
いいと思っています。

回答No.3

tadys

Vbeは Ib、Ic、Vce、温度、トランジスタのバラ付き等で変化します。
これらの値を常に一定にするのは困難です。
あまり細かいことに固執しても意味がありません。
これらの値が変化しても要求される特性を満たすようにするのが回路設計なのです。

もちろん要求される性能が厳しいものになればそれなりの配慮は必要です。
トランジスタを選別したり、トランジスタ同士の温度が同じになるようにしたり
回路を恒温槽に入れて温度が一定になるようにしたりとかします。

しかし、初心者の段階ではそのような配慮は必要ありません。
むしろ回路はバラ付くものと考えて、バラ付きの範囲がどうなるか、要求される性能は満足するかを考えるようにしてください。

お礼

回答ありがとうございました。
質問の仕方が悪かったようで、すいません。
0.6Vの理由ではなく、単純に、データシート
から、その数字が分からないのか、
という趣旨でした。
その意味では、＃２さんの回答が、
近かったように思います。
それでも、いろいろな考え方が学べて、
非常にためになりました。
本当ににありがとうございました。
趣味ですので、どんな部品でも、
データシートを見て、
シュミレータで、実験して、回路が組めれば、
いいと思っています。

回答No.2

KEN_2

通常Trの「Vbe0.6V」は小信号の増幅で使用している場合の代表値です。
大信号（大電流）やSW動作で動作させる場合はVbe；1V 程度になりますが、Vbe=0.6V(ないし0.7V）と考えて間違いありません。

>ベース飽和電圧MAX1.0Vです。この、0.6Vとは、データシートの
>ベース飽和電圧のことと考えていいのでしょうか。
コレクタ電流Ic；100mAを流した場合のVbe(sat)の最大値が1.0Vです。

データシート ２ページの「VBE (sat) ー IC」・「IB ー VBE」参照すると、
ベース・エミッタ間飽和電圧Vbe(sat)とコレクタ電流Ic、ベース電流Ibとベース・エミッタ間Vbeの特性カーブから読み取ります。

>ベース飽和電圧とは、簡単に、トランジスタが、ONになるときの
>電圧と考えて大丈夫でしょうか。
定義が違います。近い数値ですが、ONの時の電圧でもありONになる直前の電圧でもあります。
同じくデータシート「VCE (sat) ー IC」の、コレクタ・エミッタ間飽和電圧VCE (sat) ・コレクタ電流ICが表している様に、コレクタ側に抵抗があり電流が抵抗で制限されている時のコレクタ電流ICの値でVCE (sat)がONとなります。

＊この部分が理解し難いので少し簡単に説明します。
アナログの信号処理に対してSW動作させるには、通常のVbe・ICの計算値よりICを2・3倍多く流すようにIbを増加させます。
「VCE (sat) ー IC」の飽和領域までオーバードライブするのがSW動作の基本です。

お礼

回答ありがとうございました。
質問の仕方が悪かったようで、すいません。
0.6Vの理由ではなく、単純に、データシート
から、その数字が分からないのか、
という趣旨でした。
その意味では、＃２さんの回答が、
近かったように思います。
それでも、いろいろな考え方が学べて、
非常にためになりました。
本当ににありがとうございました。
趣味ですので、どんな部品でも、
データシートを見て、
シュミレータで、実験して、回路が組めれば、
いいと思っています。