電界効果トランジスタ

質問

電界効果トランジスタ(FET)は高入力インピーダンスであり、心電計などの増幅器によく用いられているのは何故でしょうか？
皮膚抵抗による電圧降下を少なくするためだと思ったのですが、自信がないのでアドバイスよろしくお願いします。

回答No.2

Teleskope · ベストアンサー

>>　抵抗による電圧降下を少なくするためだと <<

　そうではありません。原理レベルからぜんぜん違います。　もうレポートは終わったかも知れませんが正確を期すためにレス付けておきます。

　膜電位などを、抵抗の分圧として測る方法だと、高い抵抗値と浮遊容量でローパスフィルタが形成されてしまって応答速度が極めて悪いし再現性も劣悪なのです。

　MOSFETは 電流ではなく電界に反応する素子です。電流が流れて抵抗で電圧が分割されるのではありません。
　適切なイメージは冬場の静電気（静電誘導）です。脱いだばかりで静電気バリバリなセーターは、顔などにモアーッと強烈な「電気」を感じますね、その原理です。顔とセーターの間には電流はまったく流れてません。
　FETの中では、
上記の「顔に感じる電圧」が、FETの中の電流（これは普通の流れる電流です。）の、通路の幅を狭めてるのです。狭いと電流が流れづらいですね、すなわち抵抗が大きい。つまり「静電気で抵抗値をリモコンする素子」なのです、FETは。

　その電流の流れづらさの変化を、アンプで拡大して計測してます。　（電子工学的には FETに印加する電圧や電流を一定にする帰還をかける＝上記のリモコン抵抗が一定になる＝測定対象を乱さない、などの様々な工夫をしていますが、くど過ぎる話なので省略します。）

　このようにFETは、言わば電流を全く当てにしてない素子なので、皮膚や細胞膜を隔てた測定ができます。界面電位 E=Eo＋(RT/F)log活量（Nernstの式）　などを測れてしまうのです。
　ということで、「抵抗の大小での理解」とは全く違う次元だということです。電磁気学の出発原理であるマクスウエル方程式のレベルで異なる現象です。

お礼

提出は明日なのでセーフです。ありがとうございます。
なかなか難しい話が出てきましたね。臨床検査技師にここまでの知識が必要かどうか疑問ですが…
気になるのでちょっと調べてみます。

回答No.1

myeyesonly

こんにちは。その通りです。

皮膚の抵抗は１００キロオーム～１メガオームというレベルですので、入力抵抗が同じ位だと、入力抵抗と皮膚の抵抗で、電圧が半分に分割されちゃいますね。

出来るだけ皮膚の抵抗にかかる分を小さくするためには高い入力抵抗である方がいいわけです。
皮膚の抵抗の１０倍の入力抵抗なら、電圧の９割が入力抵抗の方にかかり、１割が皮膚という具合になります。

なので数百メガオームの入力抵抗が簡単に得られるFETが使われます。

原理的に普通のトランジスタでは、このレベルの入力抵抗を作るのは非常に難しいのですが（交流でなら理論的に作れるけど直流ではほとんど不可能）、FET、特にMOS型は何もせずに普通に使うともっと高い入力抵抗のため、静電気で壊れてしまうので、それを下げて使う位ですので、簡単な回路で実現できます。

お礼

ありがとうございます。医用工学のレポートの参考にさせていただきます。