(1)ダイオード

1. ダイオードに関する概要を第１図に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• ｐｎ接合
• 順方向は電流が流れ、逆方向は流れない（交流の場合、片側だけ流れる）。
• 図記号は図のように表す（端子はアノードＡ、カソードＫ）。
• 特性は図のとおり、順方向電圧では流れ（順方向電流ＩＦ）、逆方向電圧では流れない（逆方向電圧が降伏電圧を超えると大きな電流が流れる）。

(2)トランジスタ

1. トランジスタに関する概要を第２図に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• ｎｐｎまたはｐｎｐ接合
• ベース電流（I_B）を流すとコレクタ電流（I_C）が流れる。 この場合、Ｉ_Bの大きさによってＩ_Cの大きさが変化する。
• 図記号は図のように表す（端子はコレクタＣ、ベースＢ、エミッタＥ）。
• 特性は図のとおり、ベース電流（I_B）が大きいほどコレクタ電流（I_C）は大きくなる。

(３)サイリスタ

1. サイリスタに関する概要を第３図に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• ｐ形とｎ形を４層に接合
• ゲート電流（I_G）が流れるとターンオンし、アノード電流が流れる。

  ターンオン	：	オフからオンになることをターンオンという。
  	：	ターンオンすると、順方向電圧の場合、アノード電流が流れ る。
  	：	いったんターンオンし電流が流れると継続する（保持電流）。 このためターンオフするには転流回路が必要である。

• 図記号は図のように表す（端子はアノードA、ゲートG、カソードK）。
• 特性は図のとおり、ゲート電流（I_G）が流れていると順方向電圧でオン 状態になる（I_Gが大きいほど順方向電圧が小さくてもオン状態になる）。

(４)ＧＴＯ

1. ＧＴＯに関する概要を第４図に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• ゲート信号でターンオフできるサイリスタ（転流回路不要）といえる。
• すなわち、正のゲート電流でターンオン、負のゲート電流でターンオフ。
• 図記号は図のように表す（端子はアノードA、ゲートG、カソードK）
  （図記号はサイリスタと似かよっている）。
• 特性は正のゲート電流（ゲートオン）でアノード電流が流れはじめ、負のゲート電流（ゲートオフ）でアノード電流がゼロになる。
• 電流波形はゲートオン、オフに伴い（特性３（波形例））のようになる。
• その他の特徴
  • サイリスタの欠点である転流回路が不要である（サイリスタを改良）。

• 参考として、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯの場合の波形例を第５図に示す。

(５)ＭＯＳＦＥＴ

1. ＭＯＳＦＥＴに関する概要を第６図に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• ベースに加える電圧により出力電流を制御する（前述のトランジスタはベー スに加える電流によって制御する）。 （MOSFET：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）
• 図記号は図のように表す（端子はドレインD、ゲートG、ソースS）。
• 特性は図のとおりトランジスタの場合と似ている（ただし、トランジスタのI_Bに対し、V_GSになっている。すなわち、ドレイン電流I_DはV_GSが大きいほど大きくなる）。
• その他の特徴
  • スイッチング周波数が極めて高い（機能向上面で有利）が、一方で大型化が難しい、ロスが多い。

(６)ＩＧＢＴ

1. ＩＧＢＴに関する概要を第７図に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• トランジスタで、ゲートにMOSFETを組み込んだ複合素子である（一般のトランジスタはベースに加える電流によって制御する）。
  （IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor）
• 図記号は図のように表す（端子はコレクタＣ、ゲートＧ、エミッタＥ）。
• 特性は図のとおりトランジスタの場合と似ている（ただし、トランジスタのI_Bに対し、V_GEになっている）。
• その他の特徴
  • スイッチング速度はMOSFETより遅いが、トランジスタより早い。
  • インバータ機器として中心的な素子である。

(７)各素子の比較

1. 今までの各素子の比較を第1表に示す。
2. 主な特徴は以下のとおりである。

• 駆動信号はサイリスタ、ＧＴＯ、トランジスタが電流、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ
  ＦＥＴが電圧である。
• サイリスタ以外の素子は自己消弧能力がある(電流遮断の制御ができる)。
• 右側に行くほど動作周波数（スイッチング周波数）が高い（MOSFET、ＩＧＢＴ、トランジスタ、GTO、サイリスタの順）。
• その他の特徴
  • ＩＧＢＴの特性はトランジスタとＭＯＳＦＥＴの中間的な特性である。

(1)インバータ回路の原理

1. インバータの原理概要を第８図に示す。
2. 特徴
• 原理的には方形波になる。
• インバータ：直流電力を交流電力に変換（逆変換装置）
• コンバータ：交流電力を直流電力に変換（順変換装置）
• その他は図で説明（図面に一通り記載）
3. 参考
   半導体素子・サイリスタ（転流回路）・トランジスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ等特徴
   変換方式・電圧形、電流形（一般には電圧形）
   出力波形 ・正弦波出力、方形波出力、ＰＷＭ波出力など

(2)ＤＣチョッパ回路

1. ＤＣチョッパ回路の原理概要を第9図に示す。
2. 特徴

• ＤＣチョッパ回路：オンとオフの時間で出力電圧を調整
• チョッパ（Chopper）とは「切り刻む道具」の意味
• オンとオフの時間で出力電圧V_oを調整

(3)ＰＷＭ制御

1. PWM制御の事例を第10図に示す。
2. 特徴

• インバータ回路の出力は方形波なので、これを正弦波に近づくようにする。
• コンパレータの出力を例えばトランジスタのベースとして使い、図のように 平均すると正弦波に近くする。
• ＰＷＭ：Pulse Width Modulation Control

(4)インバータ回路例（スイッチングレギュレータ）

1. PWM制御の実態を第11図に示す。
2. 特徴

• 直流をいったん交流にし、希望する直流電圧にする（多くの方式がある）。
• 直流入力をいったん20～500ｋHｚの交流にして変圧し、整流回路で変圧し DC－DC変換する。
• 中間に（高周波）トランスを用いる（出力電圧は5、15、24Ｖなど）。
• 電子回路の直流電源装置として数多く用いられている。

(5)インバータ回路例（誘導電動機）

1. PWM制御の実態を第１2図に示す。
2. 特徴

• モータの種類としては同期電動機と誘導電動機がある。
• 同期電動機は磁極が必要である。
• 誘導電動機は巻線形とかご形がある。
• 制御としては、磁束を一定にしている（V /F比一定制御、VVVF制御）
• その他は図で説明（図面に一通り記載）。

(6)インバータ回路例（直流電動機）

1. PWM制御の実態を第１3図に示す。
2. 特徴

• モータの種類としては、他励式、直巻式、分巻式などがある。
  
• 速度制御としては、電機子電圧と界磁電流を変化させる。
  
• 逆転も簡単に可能である。
  
• ＧＴＯサイリスタによる電車のチョッパ制御などがある。
  

(7)インバータ回路例（エアコン）

1. PWM制御の実態を第１4図に示す。
   
2. 特徴
   

• 従来のエアコンが圧縮機をオン・オフさせて制御するのに比べ、インバータエアコンは滑らかである。
• その他、回路の効率化、小型化などが進んでいる。

～終わり～
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