半導体14【電験3種 理論】半導体素子(ダイオード・LED・MOSFET・バリキャップ・サイリスタ)の正誤を判定する!平成30年度 A問題11 完全解説

電験3種 理論科目【電磁気(半導体等)】平成30年度 A問題11 正しいのはMOSFET=電圧制御形。電子はカソード→アノード、LEDは順電圧で発光

今回は平成30年度 理論科目 A問題11を解説します。ダイオード・LED・MOSFET・可変容量ダイオード・サイリスタの5つの記述のうち、正しいものを選ぶ問題です。

各素子の動作原理・端子数・順逆バイアスを整理すれば判別できます。MOSFETがゲート電圧でドレーン電流を制御する電圧制御形である、という記述が正しい選択肢です。

出題のポイント

目次

平成30年度 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 半導体等 平成30年度 A問題11 問題文
平成30年度 理論科目 A問題11 問題文

電験3種 理論科目 【電子理論(半導体等)】 平成30年度 A問題11

 半導体素子に関する記述として、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(1)pn接合ダイオードは、それに順電圧を加えると電子が素子中をアノードからカソードへ移動する2端子素子である。
(2)LEDは、pn接合領域に逆電圧を加えたときに発光する素子である。
(3)MOSFETは、ゲートに加える電圧によってドレーン電流を制御できる電圧制御形の素子である。
(4)可変容量ダイオード(バリキャップ)は、加えた逆電圧の値が大きくなるとその静電容量も大きくなる2端子素子である。
(5)サイリスタは、p形半導体とn形半導体の4層構造からなる4端子素子である。

ポイント解説:正しいのはMOSFET=電圧制御形((3))

MOSFETはゲート-ソース間電圧でドレーン電流を制御する電界効果トランジスタで、ゲート電流をほとんど必要としない『電圧制御形』の素子。(3)は正しい記述。

他は誤り:(1)順電圧を加えると電流はアノード→カソードだが、電子(負の電荷)は逆にカソード→アノードへ移動する。(2)LEDは順電圧で発光(逆電圧ではない)。(4)可変容量ダイオードは逆電圧を大きくすると空乏層が広がり静電容量は小さくなる(大きくならない)。(5)サイリスタはpnpnの4層構造だがアノード・カソード・ゲートの3端子素子(4端子ではない)。

問題の解説

STEP1 (3)が正しい理由

MOSFETはゲート電圧でドレーン電流を制御する電圧制御形の素子。ゲートは絶縁されており電流をほとんど流さない。(3)は正しい。

STEP2 他の選択肢の誤り

(1)順電圧時、電子はカソード→アノードへ移動(アノード→カソードは電流の向き)。(2)LEDは順電圧で発光。(4)逆電圧↑で空乏層↑→静電容量↓。(5)サイリスタは3端子素子。

STEP3 結論

正しいのは(3)

答え:(3)

💡 覚え方
MOSFET=電圧制御形(ゲート電圧でI_D制御)。ダイオード順電圧で電子はカソード→アノード。LEDは順電圧で発光。バリキャップは逆電圧↑で容量↓。サイリスタはpnpn4層で3端子。

⚠️ よくある間違い
電流の向き(アノード→カソード)と電子の移動(カソード→アノード)を混同しない。サイリスタは4層だが端子は3。

まとめ

(3)MOSFET電圧制御形(正)
(1)ダイオード電子はカソード→アノード
(2)LED順電圧で発光
(4)(5)逆電圧↑で容量↓/サイリスタは3端子
答え(3)

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