6. トランジスタの動作原理

BJTには、NPN型とPNP型の2つの異なる構造がある。
＊NPN型トランジスタの構造： NPN型BJTは、3つの領域から構成される。
・エミッタ領域： この領域は高濃度のn型（多数キャリアが電子）半導体で、エミッタ電流（電子の流れ）はここから供給される。
・ベース領域：この領域はp型（多数キャリアが正孔）半導体であり、エミッタとコレクタの間の電流を制御する。
・コレクタ領域：この領域は高濃度のn型半導体で、エミッタからの電子流が集められる。
NPN型BJTは、エミッタとコレクタの間に電流が流れる際、ベースとエミッタの間に小さな電流を制御することにより増幅を行う。ベースとエミッタの間の電圧（ベースエミッタ間電圧、\(V_{BE}\)）が一定以上になると、トランジスタはオン状態になり、エミッタからコレクタへ電流が流れる。
＊PNP型トランジスタの構造：PNP型BJTも3つの領域から構成されているが、キャリアの種類と電流の方向がNPN型と異なる。
・エミッタ領域：この領域は高濃度のp型半導体で、ホール電流（正孔の流れ）がここから供給される。
・ベース領域: この領域はn型半導体であり、ベース電流（電子の流れ）はここを通る。
・コレクタ領域: この領域は高濃度のp型半導体で、エミッタからのホール電流が最終的に集められる。
PNP型BJTもNPN型と同様に動作する。エミッタからベースへのホール電流が制御され、ベースエミッタ間電圧（\(V_{BE}\)）が一定以上になるとトランジスタがオン状態になる。

図１「BJTの構造模式図」においてｎ型半導体、ｐ型半導体のそれぞれで多数キャリアだけ表示している。
ｎ型半導体の多数キャリアは負の電荷をもつ電子、ｐ型半導体の多数キャリアは正の電荷をもつ正孔である。

NPN型のBJTについてバイポーラトランジスタの基本動作を説明する。
図２のようにB-E間には電圧を掛けないで、\(V_{CC}\)の正極をBJTのコレクタ（C：n型）に、\(V_{CC}\)の負極をBJTのベース（B：p型）に接続すると、pn接合となっているC-B間の電圧\(V_{CB}\)は逆方向バイアスとなる。（逆方向バイアスについてはこちらを参考にしてください。）そのため。コレクタとベースの接合領域では空乏層が広がり、電子の移動ができない。つまりコレクタ電流\(I_C\)は、流れない。よって、BJTは動作しない状態となる。
図２の状態からSWをONにして電源\(V_{BB}\)を活かすと、図３のようにB-E間に電圧\(V_{BE}\)が掛かりB-E間は順方向バイアスになるため、エミッタ（E）の電子はベース（B）領域に移動し、その電子の一部はベース領域の正孔と再結合し、大部分の電子（約99%の電子）はコレクタ領域へ移動することになる。ベース領域の正孔は電源\(V_{BB}\)の正極から供給される。つまり、ベース電流\(I_B\)が図３の方向に流れる。
エミッタ（E）からベース（B）領域を通過して移動してきたコレクタ（C)領域の電子は、電源の\(V_{CC}\)の正極に移動することになる。電流の方向は電子の移動方向と逆に定義されているので、コレクタ電流\(I_C\)とエミッタ電流\(I_E\)は図３の方向に流れることになる。

※PNP型BJTの場合、正孔と電子を入れ換えて考えれば良い。この場合、電源の接続が変わり、電流の向きが異なってくる。次の項を参照。