放射線計測エレクトロニクスの信号処理の為の アナログ電子回路の基礎 第四回

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1 放射線計測エレクトロニクスの信号処理の為の アナログ電子回路の基礎 第四回
村上浩之 May

2 目次（２） 回路の構成要素 等価回路 ２端子回路網と４端子回路網 受動素子と能動素子 能動素子 真空管 ダイオード（D)
バイポーラトランジスター（Tr) 電界効果トランジスター（FET) その他の能動素子 等価回路 ２端子回路網と４端子回路網 May

3 真空管 動作原理 プレート （アノード） プレート （アノード） コントロール グッリド グッリド カソード カソード 三極管 五極管
熱せられた陰極（カソード）から飛ぶ出した熱電子を正の電圧を加えた陽極（プレート、アノード）で集める構造をしている（２極管）。陰極と陽極の間に格子（グリッド）入れると格子の電圧で陽極の電流を制御できる。格子が一つのとき３極管、格子が三つのとき５極管と言う。３極管では陽極電圧の3/2乗で陽極電流が増加する（３極管特性）。５極管では初めは増加するがすぐに第１（コントロール）格子の電圧に比例した一定の陽極電流になる。（５極管特性） プレート （アノード） プレート （アノード） コントロール グッリド グッリド カソード カソード 三極管 五極管 May

4 ダイオード 特性 構造 記号 用途による分類 P型 N型 順方向最大電流 逆方向飽和電流 逆方向最大電圧 PN接合型ダイオード
ショットキー型ダイオード 表面障壁型ダイオード 記号 用途による分類 整流 検波 スイッチ バラクターダイオード（電圧制御キャパシタンス） P型 N型 PN接合型ダイオード ヅェナーダイオード バラクターダイオード ショットキーダイオード May

5 スイッチングダイオードの最大定格と電気的特性の例
May

6 スイッチングダイオードの逆回復時間 May

7 スイッチングダイオードの特性のグラフの例
May

8 ショットキーダイオードの最大定格と電気的特性の例
May

9 ショットキーダイオードの特性のグラフの例
May

10 ショットキーダイオードの特性のグラフの例
May

11 バラクターダイオード最大定格と電気的特性の例
May

12 バラクターダイオードの特性のグラフの例 May

13 表面障壁型ダイオード ショットキーダイオードの多くは表面障壁型 多数キャリアのみを利用しているので蓄積効果が無く 逆回復時間が短い。
純粋なショットキーダイオードは逆耐圧が低い 高耐圧のショットキーダイオードは表面障壁型ですが 通称ショットキーダイオードと言っている。 多数キャリアのみを利用しているので蓄積効果が無く 逆回復時間が短い。 スイッチング時間が速いので高周波スイッチングに使用される。 放射線検出器では表面の不感領域が殆ど無いのでα線 検出用の半導体検出器に利用されている。 非常に薄い酸化膜表面のN型半導体に金等を蒸着する だけで簡単に制作できる。 安定な検出器を作るのは難しい。 P型の場合はアルミを蒸着する。 安定で光を通さないので明るいところでも使用できる。市販品は無い。 May

14 バイポーラトランジスタ トランジスタの発明 構造 コレクタ エミッター ベース 発明された時の構造は点接触型
電極の名前はこの構造から付けられた エミッター コレクタ ベース May

15 バイポーラトランジスタ NPNトランジスタ 構造 記号 特性 現在はプレーナー構造が主流 hパラメーター fT ： β=1となる遮断周波数
プレーナー型トランジスターの構造 NPNトランジスタ 構造 現在はプレーナー構造が主流 記号 特性 hパラメーター fT　：　β=1となる遮断周波数 最大定格　：　電圧、電流、許容電力、 遮断電流、飽和電圧 逆回復時間 ベース エミッター コレクター コレクター コレクターを構成するn型Si基板に 表面から拡散でp型のベースを作る。 次にベースの一部にn型のエミッターを 表面から拡散で作る。 ベース エミッター 表面が平坦なこの構造が発明された事で 集積回路が制作できる様になった。 May

16 NPNトランジスターの特性の例 May

17 NPNトランジスターの特性の例 May

18 NPNトランジスターの特性の例 May

19 バイポーラトランジスタ PNPトランジスタ 構造 記号 特性 hパラメーター fT ： β=1となる遮断周波数
プレーナー型トランジスターの構造 PNPトランジスタ 構造 プレーナー構造が主流で基本構造はNPNと同じ PNPでは基板がn型でベースはp型を拡散で作り、 更にP型を拡散してエミッターを作る。 記号 特性 hパラメーター fT　：　β=1となる遮断周波数 最大定格　：　電圧、電流、許容電力、 遮断電流、飽和電圧 逆回復時間 コレクター ベース エミッター エミッター ベース コレクター May

20 PNPトランジスターの特性の例 May

21 PNPトランジスターの特性の例 May

22 電界効果トランジスタ（J-FET） 接合型FET 構造 記号 特性 Nチャネル接合型FET IDSS ： VGS=0V の時の ID
IGSS　：　ゲート遮断電流 |Yfs| ：　順方向伝達アドミッタンス VGS(off)　：　ゲート・ソース遮断電流 Ciss　：　入力容量 Nチャネル接合型FET Nチャネル 空乏層 ソース ドレイン ゲート D ドレイン D ドレイン ゲート ゲート G ソース G S S ソース May

23 Nチャネル接合型FETの例 May

24 Nチャネル接合型FETの例 May

25 Nチャネル接合型FETの例 May

26 Nチャネル接合型FETの例 May

27 電界効果トランジスタ（MOS-FET） MOS型FET 構造 記号 特性 IDSS ： VGS=0V の時の ID
IGSS　：　ゲート遮断電流 |Yfs| ：　順方向伝達アドミッタンス VGS(off)　：　ゲート・ソース遮断電流 Ciss　：　入力容量 エンハンスメント型MOSFET デプリーション型MOSFET 金属ゲート 金属ゲート ゲート ゲート ドレイン ドレイン ソース ソース 酸化膜 酸化膜 N+ N+ N+ P N+ P N反転層チャンネル Nチャネル ドレイン ドレイン ゲート ゲート ソース ソース N-MOS P-MOS May

28 NチャネルMOS-FETの例 May

29 NチャネルMOS-FETの例 May

30 NチャネルMOS-FETの例 May

31 NチャネルMOS-FETの例 May

32 等価回路 回路の機能をモデル化してL、C、R、電圧源、電流源で表した回路 等価回路の例 vbe ig Vo=−gmviZL
トランジスター FET 増幅器 Tパラメーター等価回路 hパラメーター等価回路 βIb ib hie hfeib rb Ic B C vce B vbe C Ib (1-α)rc re 1/hoe E Ie E hrevce ig D G zgs vds vgs rd gmvgs S 簡単な増幅回路の等価回路 FET Vo=−gmviZL vo vi RL 1/ZL=1/RL+jωCL CL May

33 ２端子回路網 ２端子回路網 鳳・テブナンの定理 ro=vo/is vo vo is ノートンの定理 ro vo vo ro is=vo/ro
１／ro=1/r1+1/r2 ro 出力抵抗は内部の電圧源を短絡して合成抵抗を計算する。 r1 vo vo r2 ro is=vo/ro vo ro May

34 ２端子回路網の例 検出器の等価回路 検出器の静電容量 電流源 出力電圧 Apr

35 4端子回路網 I1 I2 V1 V2 基本行列 アドミッタンス行列 インピーダンス行列 ハイブリッド行列
1’ 2’ 基本行列 アドミッタンス行列 インピーダンス行列 ハイブリッド行列 出力端子を開放した時の電圧V1とV2の比 出力を短絡した時のV1とI2の比　：　短絡伝達インピーダンス 出力端子を開放した時のI1とV2の比　：　開放伝達アドミッタンス 出力端子を短絡した時の電流I1とI2の比 May

36 ４端子回路網の縦続接続 May

37 入力インピーダンス無限大、出力インピーダンスゼロの増幅器で 結合した場合の伝達関数
G1(s) G2(s) , であれば = G1(s) ・G2(s)・ May