バイポーラトランジスタ（Bipolar Junction Transistor, BJT）は、古くから利用されている基本的な半導体素子の一つであり、今日でも多くの電子機器やIT機器に欠かせない構成要素です。
信号の増幅やスイッチングといった重要な機能を持ち、アナログ回路・デジタル回路の両方に応用されています。
本記事では、バイポーラトランジスタの構造や動作原理、NPN型とPNP型の違い、そしてFETとの比較や具体的な使用例まで、ITエンジニアや電子設計者に役立つ形で詳しく解説します。
バイポーラトランジスタの基本構造と特徴
バイポーラトランジスタとは？
バイポーラトランジスタは、N型半導体とP型半導体を交互に接合して構成されるトランジスタで、電子と正孔（ホール）という2種類のキャリアを用いるため「バイポーラ（二極性）」と呼ばれます。
ユニポーラトランジスタとの違い
これに対し、FET（電界効果トランジスタ）などは、主に片方のキャリア（電子または正孔）だけを利用するため、「ユニポーラトランジスタ」と呼ばれます。
バイポーラトランジスタは電流制御型、FETは電圧制御型という大きな違いがあります。
3つの基本端子
バイポーラトランジスタは以下の3端子構成を持ちます：
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エミッター（Emitter, E）：キャリアを放出する
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ベース（Base, B）：制御信号を受ける
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コレクター（Collector, C）：電流を受け取る
この構造により、ベース-エミッター間に少量の電流を流すことで、コレクター-エミッター間に大きな電流を流すことができる（電流増幅）という特性を持ちます。
NPN型とPNP型の違い
NPN型トランジスタ
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構成：N型 – P型 – N型
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特徴：電子が主なキャリア
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動作：ベースに小さな正の電流を流すことで、コレクターからエミッターに大きな電流が流れる
NPN型は、正電源での動作がしやすいため、一般的に多く使用されています。
PNP型トランジスタ
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構成：P型 – N型 – P型
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特徴：正孔が主なキャリア
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動作：ベースに小さな負の電流を流すことで、エミッターからコレクターへ電流が流れる
バイポーラトランジスタの動作原理
動作の基本：電流制御
バイポーラトランジスタでは、ベース電流（Ib）によってコレクター電流（Ic）が制御されます。
これを表す式：
Ic=
ここで、β（ベータ）はトランジスタの電流増幅率で、一般に数十〜数百倍に設定されており、小さな入力電流で大きな出力電流を得ることができます。
動作モード
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アクティブモード（増幅動作）
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カットオフモード（スイッチOFF）
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サチュレーションモード（スイッチON）
これらの動作モードを使い分けることで、アナログ回路では増幅素子として、デジタル回路ではスイッチング素子として活用されます。
バイポーラトランジスタの応用例
増幅回路
音声アンプやセンサ信号の処理など、微弱なアナログ信号を大きくする用途で使われます。
バイポーラトランジスタの高い直線性が強みです。
スイッチング回路
デジタル回路での高速スイッチング用途、リレーの駆動回路、LEDの制御など、単純なON/OFF制御にも幅広く使われます。
インバータ回路
TTL（Transistor-Transistor Logic）などの論理回路においてもバイポーラトランジスタは主要な構成要素でありました。
近年はCMOSに置き換わっている場面が多いですが、依然として一部では活用されています。
CMOSやFETとの比較
バイポーラトランジスタは消費電力が高い反面、動作の確実性と信号の忠実性が求められる場面で重宝されます。
まとめ
バイポーラトランジスタは、電子と正孔の両方を利用する古典的かつ基本的な半導体素子であり、今日でも増幅やスイッチングといった場面で数多く使用されています。
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NPN型とPNP型の構造的な違いと用途を理解することは、設計や選定において重要です。
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現代ではFETやCMOSが主流になりつつありますが、バイポーラトランジスタの高い電流駆動能力や増幅性能は今なお価値ある特性です。
電子回路設計、組込み開発、ハードウェア設計に関わるエンジニアにとって、バイポーラトランジスタの正しい理解は基本中の基本ともいえるでしょう。