トランジスタ

トランジスタの役割
　・デジタル回路において：スイッチ（ON/OFFは電流で行う。）
　・アナログ回路において：増幅（スイッチONが前提）

トランジスタの入力/出力
　・3本の電極をもつ3端子素子
　　　①入力端子
　　　②接地端子
　　　③出力端子
　・入力の信号波形に沿って出力の信号波形が変化する
　・入力信号よりもはるかに大きな出力信号
　・たいていの回路では
　　　①入力端子…ベース（入力電流＝ベース電流）
　　　②接地端子…エミッタ
　　　③出力端子…コレクタ（出力電流＝コレクタ電流）
　　　※エミッタ電流＝ベース電流＋コレクタ電流

接地回路
　・エミッタ接地回路（たいていの回路）
　　　入力電流＝ベース電流
　　　出力電流＝コレクタ電流
　　　ベース・コレクタからエミッタに流れる
　　　ベース電流＋コレクタ電流＝エミッタ電流
　　　
　・コレクタ接地回路
　　　入力電流＝ベース電流
　　　出力電流＝エミッタ電流
　　　ベース・エミッタからコレクタに流れる
　　　ベース電流＋エミッタ電流＝コレクタ電流
　
　・ベース接地回路
　　　入力電流＝エミッタ電流
　　　出力電流＝コレクタ電流
　　　エミッタ・コレクタからベースに流れる
　　　エミッタ電流＋コレクタ電流＝ベース電流

いずれの使い方でもトランジスタは
コレクタ・エミッタ間に電源を接続し
電源からベースにバイアスをかけて使うわけだから
直流的にはどの使い方もエミッタ接地。

E-B対応とE-H対応

電束…Q[C]
磁束…m＝Φ[Wb]

電束密度…D＝Q/4πr2
磁場の強さ…H＝Ids/4πr2

電場…E＝1/ε・D
磁束密度…B＝μ・H

電気力線…Q/ε

磁力線…m/μ

電荷と電束と電場を結びつける式
E＝Q/4πr2・1/ε

電流と磁束と磁場（磁束密度）を結びつける式
Φ=BS=μ(NI/L)S　⇔　Φ＝μNS/L・I

送電は高電圧で…の謎

送電は高圧で行う。

なぜなら送電線の抵抗で電力を消耗してしまうから。

よく聞く話だ。しかし皆は疑問に思わないのだろうか。

少なくとも私は理解できなかった。

「高圧にすればするほど結局電流もたくさん流れるのでは？」

電圧を高くする＝電流をたくさん流す、ではないか。

しかし、あらゆる説明を確認してもその点には触れられていない。

理解していると思われる人は、「あなたは勘違いしている」としか指摘しない。

最近ようやく理解できた（良いサイトを見つけた）。

トランスが関わっていたのだ。

高電圧送電のキモはトランスにある。

低電圧・高電流は、高電圧・低電流にトランスされる。

トランスを使えば、電圧を高くすればするほど電流を小さくできる。

単純な起電力・導線・負荷の1周回路を想定しても絶対に理解できないのである。

当たり前すぎるからなのか、理解している人は誰も教えてくれない。

勉強していると、こういうズレはよくあるのだ。

↓「良いサイト」。

高電圧送電が有利なわけ (fnorio.com)

抵抗の大小と電球の明るさ

■実験A
抵抗が小さい電球と電池をつなぐ
抵抗が大きい電球と電池をつなぐ

→抵抗が小さい電球の方が明るい

■実験B
抵抗が小さい電球と大きい電球を直列に電池とつなぐ

→抵抗が大きい電球の方が明るい

■結論
実験Aで、抵抗が小さい電球の方が明るいなら、
導線の方がよっぽど抵抗が小さい。なぜ導線が明るく光らないのか？

実験Bの結論：直列に負荷をつなぐと、負荷の抵抗が大きい方が明るい。

→導線と負荷が直列でつながれていると考える必要がある。

起磁力NI

電磁気学を学んでいて唐突に登場する「起磁力＝NI」。

　※N＝コイル巻き数、I＝電流

あまり高校物理では触れられず、磁気回路なる概念とともに登場し、面食らいます。

■なぜ「起磁力＝NI」と言えるのか？

ソレノイドの場合、

　磁束Φ=BS=μ(NI/L)S　⇔　Φ＝μNS/L・I

　　※μ＝透磁率、S＝ソレノイド断面積、L＝ソレノイド長さ

　　Φ＝μNS/L・I

　⇔Φ＝μS/L・NI　→磁束はコイル巻数Nと電流Iに比例する

　⇔NI＝Φ・L/μS　→比較：V＝I・R）

Φと電流、NIと電圧（起電力）、L/μSと抵抗が対応する。

Φを磁流、NIを起磁力、L/μSを磁気抵抗と呼ぶ。

よって、ソレノイドの公式から示すことができた。

起電力と起磁力

しつこいが分かりづらいのでもう一度整理。

■電場…電荷を囲む閉曲面で定義
Q/4πr2×1/ε×4πr2＝Q/ε
電束密度×係数（誘電率の逆数）＝電場
起電力の源は電荷

■磁場…電流と垂直方向の閉曲線（ループ）で定義
Ids/4πr2×μ…ds＝2πrのときμI/2r
電流の長さの総和×係数（透磁率）＝磁束密度＝磁場
起磁力の源は電流

電束密度、磁束密度…名前は対になっているのに

実体は対になっていない。

誘導起電力vBLの二つの求め方

■前の記事で誘導起電力の大きさを以下のように求めた。

・導体を速度vで動かす＝導体中の電荷が動く＝電流とみなされる

　　　F＝qvBの力を受けて導体中の電荷が動き始める

　　　やがて電荷が動くことで発生した電位差とつり合い、動かなくなる。

　　　　qvB＝qE⇔vB＝E

　　　　E＝V/Lより、

　　　　vB＝V/L⇔V＝vBL

・よって、誘導起電力の原因はローレンツ力

・V＝vBLとは、V＝vL・B（1秒あたりの面積変化×磁束密度＝磁束変化）。

・すなわち、磁束を何本横切ったか＝誘導起電力の大きさ

■実は同じ現象をファラデー/レンツの法則を適用して求めることもできる。

・導体を速度vで動かす＝L×vΔt分の面積が変化する。

・この面を貫く磁束密度はBなので、回路を貫く磁束ΦがB×L×vΔt本変化する。

・ファラデー/レンツの法則V=ΔΦ/Δtより、

　V＝BLvΔt/Δt＝BLv＝vBL

■奇妙な一致

・動かす導線（導体）中の電荷が受けるローレンツ力が起電力をつくる。

・動かす導線（導体）により回路に囲まれた磁束が変化することで起電力が生まれる。

・同じ現象を二つの側面から立式すると答えが一致する。

・この奇妙な一致に説明を与えたのは、なんとたった3年前のことだ。

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