半導体8【電験3種 理論】可変容量・定電圧・レーザダイオードの使い方を判別する！令和4年度下期 A問題11 完全解説

今回は令和4年度下期 理論科目 A問題11を解説します。可変容量ダイオード・定電圧ダイオード・レーザダイオードについて、pn接合に加える電圧が順方向か逆方向かを判別する穴埋め問題です。

ポイントは各ダイオードの動作原理です。可変容量ダイオードは逆方向電圧で空乏層の幅（＝静電容量）を変える。定電圧ダイオード（ツェナー）は逆方向の降伏現象を利用する。レーザダイオードは順方向で電子と正孔を再結合させて発光します。

出題のポイント

令和4年度下期 理論科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 理論科目 【電子理論（半導体等）】 令和4年度下期 A問題11

　次の文章は、それぞれのダイオードについて述べたものである。

a. 可変容量ダイオードは、通信機器の同調回路などに用いられる。このダイオードは、pn接合に(ア)電圧を加えて使用するものである。

b. pn接合に(イ)電圧を加え、その値を大きくしていくと、降伏現象が起きる。この降伏電圧付近では、流れる電流が変化しても接合両端の電圧はほぼ一定に保たれる。定電圧ダイオードは、この性質を利用して所定の定電圧を得るようにつくられたダイオードである。

c. レーザダイオードは光通信や光情報機器の光源として利用され、pn接合に(ウ)電圧を加えて使用するものである。

上記の記述中の空白箇所(ア)〜(ウ)に当てはまる語句として、正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

	(ア)	(イ)	(ウ)
(1)	逆方向	順方向	逆方向
(2)	順方向	逆方向	順方向
(3)	逆方向	逆方向	逆方向
(4)	順方向	順方向	逆方向
(5)	逆方向	逆方向	順方向

ポイント解説：可変容量D＝逆方向、定電圧D＝逆方向、レーザD＝順方向

ダイオードは基本的に、逆方向電圧では空乏層が広がり電流を流さず、順方向電圧では電流を流して（発光ダイオードなら発光）動作する。用途ごとにどちらのバイアスを使うかがカギ。

可変容量ダイオード（バリキャップ）は逆方向電圧で空乏層幅を変え静電容量を可変にする。定電圧ダイオード（ツェナー）は逆方向の降伏（ツェナー／なだれ）で電圧を一定に保つ。レーザダイオード・発光ダイオードは順方向で電子と正孔を再結合させて光を出す。

問題の解説

STEP1　(ア) 可変容量ダイオード

空乏層の幅（＝静電容量）を電圧で変えるには逆方向電圧を加える。逆方向電圧を大きくすると空乏層が広がり容量が小さくなる。(ア)＝逆方向。

STEP2　(イ) 定電圧ダイオード

降伏現象は逆方向電圧を大きくしたときに起きる。定電圧ダイオード（ツェナー）はこの逆方向の降伏電圧で電圧を一定に保つ。(イ)＝逆方向。

STEP3　(ウ) レーザダイオード

レーザダイオードは順方向電圧で電子と正孔を注入・再結合させて発光する。(ウ)＝順方向。よって(ア)逆・(イ)逆・(ウ)順の(5)。

答え：(5)

まとめ

可変容量D	逆方向（空乏層で容量可変）
定電圧D	逆方向（ツェナー降伏）
レーザD	順方向（再結合で発光）
答え	(5)

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