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      • 発行日 2023年10月31日
      • 最終変更日 2024年1月18日
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    ディスクリート半導体ガイド

    ディスクリート半導体とは何ですか?

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    ディスクリート半導体のない世界を想像するのは難しいです。このガイドでは、さまざまな回路タイプにおけるこの重要な部品について見ていきます。ディスクリート半導体とは何か、通常の半導体との違いは何か、そして様々なタイプについて説明します。

    ディスクリート半導体の定義

    ディスクリート半導体とは?

    半導体とは何ですか?まず、電気ハードウェアで使われる3つの定義、導体、絶縁体、半導体を理解する必要があります。

    • 導体:電圧をかけると電子が流れ、電流が流れる物質です。導体は抵抗が小さいです。導体の中には、他のものよりも優れた性質を持つものがあり、それが配線に使われている理由です。例えば、銅やアルミニウムは優れた導体です。銀や金は最高の部類に入るが、貴金属でもあるため、経済的に使用が制限されます。導体は高温になるほど効果が低下します。
    • 絶縁体:電流が流れるのを止めることができる程度に高い抵抗を持つ材料です。プラスチック、ゴム、ガラス、木材などが良い絶縁体です。プラスチックは柔軟で防水性もあるため、配線の絶縁に最もよく使われます。
    • 半導体:良導体と良絶縁体の中間に位置する材料です。つまり、ある状況下では抵抗が低く、ある状況下では抵抗が高い、あるいは単に電気を通すがあまり効率的ではありません。このような性質を持つ半導体は、増幅やスイッチング、あるいは何らかの方法で電流を操作するといった動作に使用できるため、回路に有用です。良質の半導体の例としては、シリコン、ゲルマニウム、スズなどが挙げられるが、化合物や合金にした場合、潜在的な半導体材料は何十種類も存在します。半導体は高温になるほど導電性が増します。

    それがディスクリート半導体です。その名の通り、半導体の一種です。この場合、集積回路半導体のような複雑な機能ではなく、1つの基本的な機能だけを持つ半導体デバイスを意味します。

    ディスクリート半導体の例としては、サイリスタ、ツェナーダイオード、バイポーラトランジスタ、ブリッジ整流器などがあります。

    ディスクリート半導体の種類

    ここでは、回路に使用可能な最も一般的なディスクリート半導体の種類と、それらが果たす役割について簡単に説明します。

    Thyristor

    サイリスタ

    サイリスタは2つの安定した状態を持つ半導体で、 「双安定」です。電流を流したり流さなかったりすることで 状態を変化させることができますが、一度変化させると、別の信号を受け取るまでその状態を維持します。そのため、スイッチやラッチとして使用することができます。日常的な用途のひとつは、調光スイッチです。

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    Bipolar Transistor Symbol

    バイポーラトランジスタ

    回路内のバイポーラトランジスタは、小さな信号電圧が印加されると大きな電圧を通過させ、スイッチとして使用することができます。バイポーラトランジスタの名前を理解するには、原子スケールにズームインし、電流を作り出すために電子が共有される方法を理解する必要があります。ユニポーラトランジスタでは、電荷を運ぶために電子ホールか電子のどちらかが使われますが、バイポーラトランジスタでは両方の電荷が使われます。

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    Bridge Rectifier

    ブリッジダイオード

    ブリッジダイオードは、交流(AC)を直流(DC)に変換するために使用されるダイオードブリッジの一種です。交流のマイナス部分をプラスに変換することで、スムーズで安定した直流を作り出します。

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    MOSFET Transistor

    MOSFET

    MOSFETとは、Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)の略です。このタイプのトランジスタは、入力電圧があるという点ではバイポーラ・トランジスタに似ていますが、バイポーラトランジスタがやや大きな電圧を必要とするのに比べ、MOSFETトランジスタの入力電圧は非常に小さいです。MOSFETは一般的にスイッチやアンプとして使用されます。

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    TRIACs Symbol

    トライアック(TRIAC)

    トライアック(TRIAC)はサイリスタの一種で、Triode for Alternating Currentの略です。入力電圧によってトリガーされると、両方向に電流が流れ、切り替わると、別のトリガーで切り替わるまでその状態を保ちます。

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    JFET Transistor

    JFET

    接合型電界効果トランジスタ(JFET)は、3つの端子を用いて回路内の電流の流れを制御する電界効果トランジスタです。3つの端子はソース、ドレイン、ゲートで、最初の2つは電流が流れる主要な流路で、ゲートは電流の流れを制限したり完全に遮断したりするために電流をつまむ手段です。スイッチ、増幅器、チョッパーなど、さまざまな機能を持ちます。

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    Schottky Diode

    ショットキーダイオード

    ショットキーダイオードは、半導体を金属に固定して作られるデバイスで、1930年代にこのコンセプトを理論化し実験したドイツの物理学者ウォルター・ショットキーにちなんで名付けられました。スイッチとして使用される場合、ショットキーダイオードは非常に速いスイッチング時間と低いターンオン電圧という利点を持ちます。このダイオードは、あらゆるRFアプリケーションや電力整流器、また、太陽電池パネルで使用されるバッテリーから、太陽が照っていないときに電力が放電するのを防ぐためにも有用です。

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    DIAC

    DIAC

    DIACは交流用ダイオードです。上記のTRIACと同様、スイッチとして使用され、信号電圧が所定の保持電流を下回るまでその状態を保持し、その時点で高抵抗状態に戻って回路を遮断します。調光スイッチや電力過負荷保護システムに使用されます。

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    Varactor Diode

    バラクターダイオード

    バリキャップダイオード(可変容量ダイオード)と呼ばれることもあるこの半導体デバイスは、コンデンサとして使用され、送信機、テレビ、電話、電圧制御発振器などで特に有用です。直流ではなく交流のみを通し、ドーピング・プロファイルによって特性が決まります。

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    ディスクリート半導体と他の半導体の違いは何ですか?

    様々な半導体は、回路の一部、通常は集積回路として販売されています。これらの回路は通常、1つのデバイスの中で、さまざまな機能を実行することができます。これは、ディスクリート半導体とは根本的に異なっています。

    ディスクリート半導体は、他の機能に分割できない基本的な機能を持っています。例えば、ICには、トランジスタ、ダイオード、その他の部品が搭載されています。これらの部品は、個々に異なる機能を実行することも、回路として連携して複数の機能を実行することもできます。しかし、ディスクリート半導体は1つの機能しか実行できません。例えば、トランジスタは常にトランジスタであり、トランジスタの機能しか実行できません。

    今日の世界では、ほとんどの半導体が集積回路の一部として購入されています。しかし、アプリケーションによっては、ディスクリート半導体が技術的ニーズに最も適したソリューションを提供する場合もあります。そのため、ディスクリート半導体は電子部品市場において重要な役割を担っています。

    これらはディスクリート・デバイスなので、任意の回路で必要な機能を実現するためには、他のデバイスと一緒に購入する必要があります。半導体デバイスは、電力調整やスイッチングなどさまざまな機能を実現できます。特定のエンジニアリング・ニーズに対しては、ディスクリート半導体を購入することで、プロトタイピングや生産を手頃な価格で行うことができます。

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