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「サーバエンジニア日記」の小悪魔女子大生がTech総研に降臨
小悪魔のイラスト日記3 真空管と半導体の歴史(前編)
『小悪魔のイラスト日記2「キーボードとマウス」の秘密』に続く、小悪魔連載第3弾! ライブドア執行役員の伊勢幸一氏による講義、2回連載で送るテーマは「真空管と半導体」だ。小悪魔が一生懸命聞いて、調べて、イラストにしたんだぞ。エンジニアなら必読の内容だ!
(取材・文・イラスト/aico 講師・監修/伊勢幸一 総研スタッフ/高橋マサシ) 作成日:11.07.22

コンピュータの情報はONを1、OFFを0としてその0と1を組み合わせて表現しています。
最初の電子式コンピュータでスイッチとして使われていたのは真空管で、真空管はエジソンの電球をもとにつくられました。
現在、真空管にかわってスイッチの役割をしているのがダイオードやトランジスタのような半導体を使った電子部品です。
今回は二極真空管とダイオードができるまでの歴史と、その仕組みについて教えてもらいました!


1760年代に始まった産業革命によって、動力源として石炭が地下からたくさん採掘されるようになりました。


しかし、掘った時出る石炭の粉に火がつくと爆発(炭鉱爆発)がおこるため火を使わない照明が求められ、電球の発明が始まりました。
1789年にフランス革命が起こり、その100年後についにエジソンによって実用的な白熱電球が発表されました。


電球を使っていると、マイナス側のフィラメントが断線し、中が黒く汚れます。
しかし、なぜか+側につないだ竹ひごの後ろは白い線があるかのように汚れがありません。


実はこの黒いゴミは電子。しかし電子がはっけんされたのはその17年後の1897年のことでした。
しかしこの発見は後の真空管の発明にもつながる大きな発見だったのでエジソン効果と呼ばれています。
電子の発見とエジソン効果を利用して検波器を作るため二極真空管を発明したのがフレミングです。


フィラメント(カソード)に電流を流すとあたたまり電子が発生、周りに巻かれたプレート(アノード)にプラスの電圧を加えると電子が引きつけられ電流が発生します。反対にプレートにマイナスの電圧を加えると電流は発生しません。


プレートに交流の電圧をかけると+の電圧がかかった時は電流が流れ、−の時は電流が流れないので+の部分だけを検波できるようになりました。


フレミングさんは特許をとってガッポリかせぎました。


しかし、真空管にはヒーターの寿命や電力消費量、小型化が困難などの欠点がありました。
そこで真空管にとってかわる半導体をつかった二極管が生まれました。それがダイオードです。


半導体は電気を通しやすい導体とほとんど通さない絶縁体の間、まぁまぁ電気を通す物質です。


半導体には、プラスっぽい半導体のP型半導体とマイナスっぽい半導体のN型半導体があります。


P型とN型を1つずつつないだのがダイオードです。


そのまえにちょこっと電子のおはなし。


マイナスの電子はプラスの電圧に引かれ、プラスの電子はマイナスの電圧に引かれます。
(正確にはマイナスの電圧に反発した電子が移動して正孔ができます)


P型にマイナスの電圧を、N型にプラスの電圧をかけた場合。


プラスの電子はマイナスの電圧に引かれ移動し、マイナスの電子はプラスの電圧に引かれて移動します。
あとは目立った動きがなくなるので電流はながれません。
次はP型にプラスの電圧を、N型にマイナスの電圧をかけた場合です。


P型の中のプラスの電子はプラスの電圧に反発し移動、N型の中のマイナスの電子はマイナスの電圧に反発して移動し
ます。


するとマイナスの電子とプラスの電子はお互いに行き来をはじめ、電流が発生します。
実際はマイナスの性質をもつ電子が正孔を埋めるように動いているだけなので、電子は電流と反対にマイナス極から
プラス極に向かって動いているということになります。


これは、電流はプラス極からマイナス極に動くものという定義が当たり前になった後に電子が発見されたため、電子と電流は逆方向に動いているという定義にされてしまったためです。


ダイオードに交流の電圧をかけるとこのような結果になります。二極管と同じく検波効果があります。
電源としての電流は発電しやすく送電効率の良い交流で送電され、電流は実際に使う時に直流に変換して使います。
この交流を直流にする事を整流といい、その整流にも二極管やダイオードが使われています。


後編に続きます!


株式会社ライブドア
情報環境技術研究室
執行役員 CTA 室長
伊勢幸一氏


伊勢氏の提供による真空管。既に生産中止となっており、オークションサイトでは高額でやり取りされているとか


伊勢氏の提供による電子部品の数々。小悪魔がこれらを使って「CPUを学ぶ」企画が進行中


生まれて初めて真空管を手にする
小悪魔


メモを取る小悪魔


伊勢氏の説明はいつも丁寧だ。Ustで流したいくらいだ

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