トランジスタ超入門｜電気で動くスイッチのしくみ

半導体チップの中には、同じ部品が何十億個も入っています。それがトランジスタ。この記事で主役の正体をつかみましょう。

トランジスタ＝電気で動くスイッチ

ふつうのスイッチは指で押します。トランジスタは電気（電圧）で押すスイッチ。だから人の手を借りずに、超高速でON/OFFをくり返せます。

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MOSFETの3つの端子

いま最も使われるトランジスタがMOSFET。3つの端子があります。

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• ソース：電流の入り口
• ドレイン：電流の出口
• ゲート：電圧をかけて、ソース〜ドレイン間の通り道（チャネル）を開け閉めする「見張り番」

ゲートに電圧をかけると通り道ができて電流が流れ（＝1）、切ると流れない（＝0）。これだけです。

スイッチを組み合わせると「計算」になる

トランジスタを組み合わせると、AND（両方ONで通す）やOR（どちらかONで通す）といった論理回路が作れます。下のデモで、2つのスイッチのAND を体験できます。

この小さな判断を何十億個ぶん高速にくり返すことで、チップは計算・記憶・通信をこなします。

もう少し詳しく（背景）

トランジスタは、現代のあらゆる電子機器の根っこにある**「電気で操作できるスイッチ」です。小さな電圧をかけると電流が流れたり止まったりする——このオン/オフが、コンピュータの0と1になります¹。すごいのは、これが機械的なスイッチと違って動く部品なしで、超高速に、極小サイズで切り替えられること。だから1つのチップに何十億個も詰め込め、1秒に何十億回も切り替えられます。もう一つ大事な働きが増幅**——弱い信号を強い信号に拡大できることで、これがラジオやアンプなど電子回路の基礎になりました²。1947年にベル研究所で発明されて以来、トランジスタは真空管に取って代わり、小型化・大量集積を通じてコンピュータ革命を起こしました。「電気でオン/オフする小さなスイッチ」という単純な部品を、論理回路として組み上げ、膨大に集めたものが、スマホやAIを動かすチップの正体なのです。

つぎに読むなら

• 論理回路のきほん
• 半導体とは？
• トランジスタの進化（FinFET・GAA）

Footnotes

1. トランジスタはゲートにかける電圧で電流の通り道を開閉するスイッチ。このオン/オフがデジタルの0/1を表し、組み合わせてあらゆる計算を実現する。 ↩

2. トランジスタは小さな入力信号で大きな電流を制御でき、増幅器としても働く。スイッチ（デジタル）と増幅（アナログ）の両用途が、電子工学の基盤になった。 ↩