APDahlen Applications Engineer
バイポーラトランジスタ（BJT）2N2222は、象徴的なジェリービーンズトランジスタです。1962年以来、オリジナルのTO-18パッケージの2N2222、およびTO-92パッケージのPN2222のバリエーションは、数多くのアメリカンプロジェクトの基礎となってきました。この多用途で人気のあるトランジスタのファミリを、最新の面実装バリエーションとともに紹介します。
お祝いします！
1947年にトランジスタが発明されてから77年が経ちました。John Bardeen、Walter BrattainおよびWilliam Shockleyをはじめとするベル研究所のパイオニアたちに敬意を表します。
あなたのチームが、世紀の進歩を最もよく象徴するトランジスタを選ぶよう求められたとしましょう。私の一票は、トランジスタ2N2222（NPN）と、そのコンプリメンタリトランジスタ2N2907（PNP）に投じます。これらは、アメリカのジェリービーンズトランジスタの中で、ほぼ間違いなく最も一般的に愛されているトランジスタです。1965年12月28日登録の、John（Jack）Haenichenの有名な特許3,226,614（1963年11月4日出願）に重点を置いて、華やかさと懐かしさを加えるために、オリジナルのTO-18パッケージ（図1）を使用しましょう。
図1： Jack Haenichenの1965年12月28日登録の特許3,226,614（1963年11月04日出願）に記載されたTO-18パッケージトランジスタの図面
入門コーナー
2N2222は、半世紀以上にわたってプロジェクトで取り上げられてきた伝説的なトランジスタです。2N2222トランジスタは、瓶の中のジェリービーンズのようにありふれたものなので、私たちはこれをジェリービーンズコンポーネントと呼んでいます。どこにでもあり、この古典的なトランジスタを使えば間違いはありません。LEDを点灯させたり、リレーを作動させたりするために、Arduinoマイクロコントローラ回路ですでにこのトランジスタを使用している可能性があります。
2222バイポーラトランジスタのファミリ名の混乱を解消する
2N2222トランジスタにおいて混乱しそうな1つの側面は、名前そのものです。2N2222は60年以上の歴史があります。ここ数十年の間に、多くのバリエーションが作られてきました。例えば、オリジナルの2N2222は、図1に示すようにTO-18パッケージ を採用していました。コスト削減のため、シリコンは図2に示すような、人気のあるTO-92パッケージに封止されました。両方のデバイスは、内部の半導体チップが同じであるため、ジェリービーンズ2N2222と呼ばれています。2N2222は、何百もの独自のバリエーションに再パッケージされています。2N2222のバリエーションを識別するヒントについては、以下のFAQを参照してください。
技術的なヒント： PN2222は言葉遊びです。図2のKSP2222Aの品番に見られるように、PはプラスチックTO-92パッケージのトランジスタを示します。鉛フリー、成形リード、またはその他のメーカー固有の情報などの属性を示すプリフィックスとサフィックスをよく見かけます。ほとんどの場合、名前に2222が付くトランジスタは、2N2222ファミリの製品であると考えて差し支えありません。
仕様
2N2222ファミリには何百種類ものバリエーションがあります。その多くは、TO-92パッケージのKSP2222Aトランジスタのonsemiのデータシート抜粋（図2）に記載されている古典的な仕様に従っています。
面実装タイプは許容損失が小さいことが多いため、必ずデータシートを参照してください。また、追加情報については、DigiKeyのトランジスタ選択ガイドをご確認ください。
図2： TO-92パッケージに実装された2N2222トランジスタ同等品のピン配置と絶対最大定格を示すonsemiのKSP2222Aデータシートの最初の部分
技術的なヒント： 図2に示されている数値は設計上の絶対最大定格です。トランジスタの寿命が短くなるため、決して超えてはならない明確なレッドラインとお考えください。また、トランジスタを2次元的に過度に追い込む（V_CEとI_CがASO安全動作領域を超える）ことは避けてください。安全な出発点として、すべての数値に0.75を掛けてください。
2N2222に関するよくある質問
分かりやすく読みやすいように、この技術記事はFAQとして構成されています。以下のスペースに質問やコメントを追加して、知識を広げるのに役立ててください。
ナビゲーションを容易にするために、右側にページ索引ボックスがあります。
2N2222トランジスタを見つけるにはどうすれば良いでしょうか?
2N2222などのジェリービーンズトランジスタを探す最良の方法は、DigiKeyで「2N2222 BJT」または「PN2222 BJT」のキーワードを検索することです。この検索は、TO-18およびTO-92パッケージ部品の大半をカバーします。ここから、パッケージ/ケース選択ツールを使用して検索を絞り込むことができます。
2N2222ファミリのバリエーションを見つけるにはどうすれば良いでしょうか？
2N2222チップは、オリジナルのTO-18から最新の小型面実装フォームファクタまで、さまざまなパッケージに実装されています。キーワード「2222 BJT」でDigikeyが提供する品種を検索してください。この広範な検索をかけると、シングルトランジスタおよびトランジスタアレイがヒットします。また、SOT-23、SOT-89、SC-70、およびその他の面実装オプションに搭載されたバリエーションもあります。
この検索により、2N2222の本当の人気の度合いが明らかになります。DigiKeyの在庫には、数百のバリエーションと数百万のデバイスがあります。
2N2222は時代遅れではありませんか？
いいえ、2N2222は60年以上前の製品ですが、今でも十分実用可能なトランジスタです。2N2222は、さまざまなアプリケーションに適用可能な機能をバランスよく備えています。
オリジナルのTO-18パッケージのトランジスタは、徐々に過去のものになりつつあると認識しています。しかし、TO-92および最新の面実装デバイスは、お客様のニーズに応える堅牢なソリューションを提供します。DigiKeyでキーワード「2222 BJT」を検索して、入手可能なバリエーションの範囲と数量を確認してください。
技術的なヒント： 時々、個々の2N2222が生産中止品と表示されることがあります。これは、個々の部品がより大きな部品ファミリと混同されるため、検索エンジンを混乱させます。新しいAIが生成するプレビューは、特にこのエラーの影響を受けやすくなっています。
個々の品番は生産中止されていても、部品ファミリや関連デバイスは容易に入手可能です。たとえば、オリジナルの鉛はんだ使用部品は入手困難でも、RoHS部品は入手可能な場合があります。必ずDigiKeyの検索ツールで「2222 BJT」のキーワードで検索をして、実際の入手可能性を確認してください。
2N2222のコンプリメンタリトランジスタは何でしょうか？
トランジスタは、NPNデバイスとPNPデバイスのパラメータがほぼ同じコンプリメンタリペアで提供されることがよくあります。2N2222（NPN）のコンプリメンタリは、2N2907（PNP）トランジスタです。キーワード「2907 BJT」でDigiKeyのバリエーション部品を検索してください。
2N2222は、なぜそんなに人気があるのでしょうか？
2N2222は、紛れもなく、その時代にふさわしいトランジスタでした。1962年に設計、発売されたこのトランジスタは、非常に多くの望ましい特長を備えた最初のシリコントランジスタの1つでした。また、堅牢な高速スイッチング特性は、DCから高速増幅回路まで、優れた実用的価値を持つトランジスタを提供しました。2N2222は、幅広いプロジェクトに適し、バランスのとれたデバイスであるため、人気があります。2N2222とそのバリエーションの特長は以下のとおりです。
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一般的に100以上に規定されている電流利得
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UHF領域に届く最大約300MHzまでの高周波増幅動作
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1.8W（ケース温度25°C）または0.5W（周囲温度25°C）の、比較的大きな許容損失
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TO-18パッケージは物理的に小型でした。ある程度の電磁シールドを提供し、小型の放熱フィンを使用してヒートシンク機能を追加することができました。驚くべきことに、DigiKeyにはTO-18専用のヒートシンクの在庫が今も少しあります。
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中電力アプリケーション向けに約500mAの比較的大きなコレクタ電流
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比較的高いコレクタ/エミッタ間電圧（30V DC）
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このデバイスはJEDECに登録されました。この標準化により、多くのメーカーがこのデバイスを製品に加え、激しい競争による低価格を実現しました。
図3は、2N2222を他のトランジスタと関連させて視覚化するのに適した方法です。間違いなく主観的なレーダーチャートは、2N3904およびTIP41パワートランジスタとともに2N2222の強みを示しています。2N2222トランジスタの望ましいバランスは青い線で表されており、2N2222が多くの次元で好ましいスコアであることがわかります。2N3904は類似していますが、入手可能性とコスト面ではわずかに有利に見えますが、それ以外のすべての面ではわずかに劣っています。TIP41は、かなりばらつきがあります。速度、コスト、電流利得を犠牲にしていますが、電流はかなり大きくなっています。
図3： 1～10のスケールでトランジスタの属性を主観的に評価
アマチュア無線愛好家に人気
アマチュア無線愛好家（ハム）は、2N2222に強い関心を寄せてきました。これは、最新のアメリカ無線中継連盟（ARRL）ハンドブックや半世紀にわたるQSTやQEX誌を含む、60年以上の文献に反映されています。
時々、2N2222トランジスタで何ができるかを競うコンテストを見かけます。いくつかのプロジェクトは、2N2222を発振器、小信号増幅器、信号切替（signal steering）、および電力増幅器やトランシーバとして使う芸術作品もあります。以下の例をご覧ください。
- Jim Kortge（K8IQY）のManhattan Madnessのページ
- 2N2222、QRP (low power)、およびcontestの3つのキーワードで検索する
教育分野での人気
ざっとウェブで検索すると、2N2222トランジスタを取り上げた記事が何千件も見つかります。このトランジスタは、多くの教科書や数え切れないほどの入門記事にも登場します。このデバイスは、過去、現在、そして未来への適応性を保証する、数十年もの勢いがあると言っても過言ではありません。
TO-18とTO-92パッケージトランジスタの違いは何でしょうか？
オリジナルの2N2222はTO-18金属缶にパッケージされていました。これは、金属ケースによる自然のシールドやヒートシンクの機能を必要とするアプリケーション向けの比較的高価なオプションですが、今もなお特定のアプリケーションで使用可能です。また、ビンテージ機器の本格的な復元を目指す方にも良い選択肢です。
TO-92プラスチックパッケージのデバイスは安価で入手が容易です。100個入りで5.00ドル（米ドル）以下です。
気をつけてください！TO-18パッケージのピン配置はE-B-Cですが、TO-92パッケージの2N2222のピン配置はC-B-Eです。金属缶（TO-18）の場合、エミッタは缶の下部のロケータタグの横にあります。
2N2222と同等なものは何でしょうか？
アプリケーションの内容を把握する必要があるため、この質問に対する単純な答えはありません。しかし、汎用および特定の用途など、アプリケーションの性質に基づく一般的な回答は提供できます。
クリティカルでない汎用アプリケーション
クリティカルでない汎用作業では、ピン配置に注意すれば、ジェリービーンズ2N3904、およびジェリービーンズBC547はまったく問題ありません。
- プラスチックTO-92 2N2222トランジスタは、2N3904と同じE-B-Cピン配置です。
- 金属缶封止TO-18 2N2222トランジスタは、BC547と同じC-B-Eピン配置です。
クリティカルでないアプリケーションでは、一方のトランジスタを他方のトランジスタより推奨することは非常に難しいでしょう。入手可能性、価格、信頼性、性能はすべて同等です。おそらく最良のアドバイスは、品目数を最小限に抑えるために、すでに販売店にあるものを使い続けることでしょう。販売店の方針として、やむを得ない理由がない限り、すべての用途に2N2222（NPN）/2N2907（PNP）を使用すると掲げることは、ごく自然なことです。
技術的なヒント： BC547XファミリはXが電流利得を示すので注意が必要です。安全のため、2N2222デバイスの代わりにBC547Cを使用してください。
クリティカルなアプリケーション
より大電流、より高周波、より高速スイッチングなど、クリティカルな用途では、代替品に注意する必要があります。一般論として、2N2222はニッチ用途を埋めるために最適化された、バランスの取れた製品です。例として、2N2369またはMPSH10の代替品を選んだとします。これらのトランジスタは、より高い周波数で動作しますが、電圧特性が限られているため、一部の用途には適していますが、すべてのアプリケーションに適しているわけではありません。
トランジスタの物流状況を考えると、個人的には、2N2222などのジェリービーンズのタイプを敬遠する理由はないと思います。正当な理由がない限り、トランジスタXを使ってください。例えば、低ノイズのトランジスタが必要な場合、高電圧が必要な場合、大電流が必要な場合、もしくは低価格のトランジスタが必要な場合などです。
適材適所
2N2222の歴史はどのようなものでしょうか？
2N2222は、John（Jack）Haenichenと関係が深いMotorolaの製品です。2N2222に関する最も古い文献は、1963年のMotorolaのスイッチングトランジスタハンドブックです。データシートは333ページに掲載されており、2N2222は高速スイッチング回路およびDCからUHF帯域までの増幅用途向けに設計されたMotorolaのEpitaxial Star Transistorであると記述されています。
Motorolaのハンドブックは有益な読み物です。ある意味、2N2222に焦点を当てた広告と教科書を合わせて読んでいるようなものです。これは、エピタキシャル成長プロセスの説明から始まります。次に、高電圧アバランシェモードで動作するトランジスタの魅力的な説明を含め、回路の信頼性とトランジスタのスイッチング回路について詳しく説明しています。個人的には、半導体の製造プロセスを示す写真が良いと思います。
技術的なヒント： エピタキシャルという用語は、その語源を見るとよく理解できます。「epi」というプリフィックスは、epidermis（表皮）、epicenter（震源地）、epilogue（エピローグ）などの単語でおなじみです。いずれの場合も、既存の構造の上に構築されたり、重ねられたりするものについて説明しています。トランジスタに関して言えば、私たちは結晶基板の上に何らかの構造を構築しているのです。「taxis」という語源はギリシャ語に由来し、構文論や分類学といった現代の言葉に暗示されているように、秩序や構造を指します。トランジスタに関して、「エピタキシャル」という用語は、図4に示すように、結晶基板の上に構築された階層的で整然とした構造を表しています。
図4： Jack Haenichenのアメリカ特許3,226,614（Motorola）に基づく高電圧トランジスタのエピタキシャル構造
2N2222 BJTはどのようなニッチを埋めるために設計されたのでしょうか？
2N2222のメンバーは、高速、高電圧シリコントランジスタの画期的な進歩です。ここで、高電圧という用語は、コレクタ/ベース間電圧が高くなっても動作するトランジスタを意味します。これまでの行を読み直してください。高電圧は、一般的なコレクタ/エミッタ間電圧とは対照的に、コレクタ/ベース間電圧で定義されています。
この違いを理解するためには、トランジスタを歴史的な観点からとらえる必要があります。台頭するデジタル機器の需要に応えるため、トランジスタのスイッチング速度を上げることが望まれました。高速化を実現する1つの方法は、NPNトランジスタのベースに負電圧を印加するなど、ベースに逆バイアスをかけることです。直流解析では、コレクタからエミッタへのリーク電流が減少することがわかります。交流解析では、トランジスタがより速くターンオフすることがわかります。
これらの特性は、トランジスタが負のエミッタ電圧（定電流源）で結合対構成（long-tailed pair configuration）で動作するエミッタ結合ロジック（ECL：Emitter-Coupled Logic）回路で発揮されます。詳細は省きますが、デジタル回路では、電流は1つのトランジスタにのみ流れます。この回路の優れた点は、トランジスタが飽和しないため速度が向上することです。欠点は、システムがほぼ一定の電流を流すことです（トランジスタの数が増えると非常に望ましくありません）。
2N2222とファミリに関して、シリコンはこの代表的な回路において広い安全マージンを持つように設計されています。これにより、コレクタからエミッタへの自己強化電流の流れによって引き起こされる予期せぬアバランシェ状態が防止されます。アバランシェ状態になったトランジスタは、外付け部品によって電流の流れが制限されるSCRラッチのような動作を示します。
このようなアイディアは、Jack Haenichenの特許3,226,614の冒頭に示されています。
技術的なヒント： 一般に、低電圧のみ動作可能であり、それ以外は同等であるトランジスタに比べ、高電圧トランジスタは、使用方法の制限がはるかに少ない、より信頼性の高いデバイスであることは事実です。
高耐圧トランジスタは、より高いアバランシェ電圧特性のブレークダウン電圧BV（アバランシェブレークダウンが発生するコレクタ/ベース間接合の電圧）により特徴付けられ ます。これにより、動作可能なコレクタ電圧の最小値からより高い値のBVまで、より広い電圧範囲で動作することが可能になります。BV値が高い高耐圧トランジスタは、同じバイアス条件で使用した場合、破壊的なサージ電圧に対する安全マージンが大きくなるため、より信頼性が高くなります。
高いBVを持つトランジスタは、いくつかの望ましい特性を示し、低電圧ユニットと比較して高い出力と高い電力利得を持つように動作させることができます。高電圧トランジスタは、しばしば電力線または他のソース電圧で動作させることができるため、電圧を下げる部品や装置が不要になります。
2N2222の歴史について、どこでより詳しく学べるでしょうか？
歴史家のJack Wardは、半導体博物館で初期のトランジスタの歴史をアーカイブする素晴らしい仕事をしています。彼のJack Haenichenへのインタビューは、この投稿の背後にあるインスピレーションとなり、2N2222ファミリ、Motorola、そしてJack Haenichenの関連性など、欠けていたリンクのいくつかを埋めてくれました。
技術に関する直接の説明については、ぜひ音声記録を聞いてください。
おわりに
2N2222は、幅広いプロジェクトに適し、よくバランスの取れた特性を備えているため、人気の高いトランジスタです。2N2222は、コスト、性能、入手可能性のスイートスポットに位置しています。より高性能なデバイスがあることは確かですが、「改良」はしばしば、一番最初に2N2222を魅力的なものにした特性を損ない、ニッチな用途へと移行させてしまいます。
2N2222の100周年記念の2047年を楽しみにしています。2N2222ファミリの入手可能性は、時間が解決してくれるでしょう。エレクトロニクスに新たな革命が起きない限り、2N2222の進化は衰えることなく続くでしょう。おそらく、フレンドリーな設計コンペに間に合うように、TO-18パッケージのデバイスが100周年記念として特別にリリースされるでしょう。
お好きな2N2222アプリケーションを教えてください。
次はどんなジェリービーンズを取り上げましょうか？
誰かポップコーンパーツに興味がある人はいますか？
ご健闘をお祈りします。
APDahlen
関連情報
関連する有益な情報については、以下のリンクを参照してください。
著者について
Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間教壇に立ったことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチや執筆を楽しんでいます。