半導体12【電験3種 理論】可変容量ダイオード（バリキャップ）の空乏層と静電容量を判別する！令和2年度 A問題11 完全解説

今回は令和2年度 理論科目 A問題11を解説します。可変容量ダイオード（バリキャップ、バラクタダイオード）の原理図をもとに、加える電圧の向き・空乏層・幅dと静電容量の変化・用途を問う穴埋め問題です。

可変容量ダイオードは逆方向電圧を加えて使います。逆電圧を大きくすると空乏層（キャリヤがほとんど無い領域）の幅dが広がり、コンデンサとみなしたときの静電容量C＝εS/dが小さくなります。この性質を無線通信の同調回路などに利用します。

出題のポイント

令和2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 【電子理論（半導体等）】 令和2年度 A問題11

　次の文章は、可変容量ダイオード（バリキャップやバラクタダイオードともいう）に関する記述である。

　可変容量ダイオードとは、図に示す原理図のように(ア)電圧V[V]を加えると静電容量が変化するダイオードである。p形半導体とn形半導体を接合すると、p形半導体のキャリヤである●印と、n形半導体のキャリヤ（図中の○印）がpn接合面付近で結合すると消滅して、(イ)と呼ばれるキャリヤがほとんど存在しない領域ができる。可変容量ダイオードに(ア)電圧を印加し、その大きさを大きくすると、(イ)の領域の幅dが(ウ)なり、静電容量の値は(エ)なる。この特性を利用して可変容量ダイオードは(オ)などに用いられている。

上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	(オ)
(1)	逆方向	空乏層	広く	小さく	無線通信の同調回路
(2)	順方向	空乏層	狭く	小さく	光通信の受光回路
(3)	逆方向	空乏層	広く	大きく	光通信の受光回路
(4)	順方向	反転層	狭く	大きく	無線通信の変調回路
(5)	逆方向	反転層	広く	小さく	無線通信の同調回路

ポイント解説：逆方向電圧で空乏層拡大→幅d↑→静電容量C＝εS/d↓

可変容量ダイオードは、pn接合に逆方向電圧を加えて使う（(ア)＝逆方向）。逆方向にすると接合部にキャリヤがほとんど存在しない領域＝空乏層ができる（(イ)＝空乏層）。この空乏層が絶縁体、両側のp形・n形が電極のコンデンサとみなせる。

逆方向電圧を大きくすると空乏層の幅dが広くなる（(ウ)＝広く）。平行平板コンデンサの静電容量C＝εS/dより、dが大きくなると静電容量Cは小さくなる（(エ)＝小さく）。電圧で容量を変えられるので、無線通信の同調回路（受信周波数の選局）などに利用される（(オ)）。よって(1)。

問題の解説

STEP1　(ア)(イ) 逆方向電圧と空乏層

可変容量ダイオードは逆方向電圧で使う（(ア)＝逆方向）。逆バイアスでキャリヤが結合・消滅し、キャリヤのほとんど無い空乏層ができる（(イ)＝空乏層）。反転層はMOS構造の別現象。

STEP2　(ウ)(エ) 幅dと静電容量

逆電圧を大きくすると空乏層の幅dは広くなる（(ウ)＝広く）。C＝εS/dなのでdが大きいほどCは小さくなる（(エ)＝小さく）。

STEP3　(オ) 用途と結論

電圧で静電容量を変えられるので、無線通信の同調回路（選局）などに使う（(オ)）。(ア)逆方向・(イ)空乏層・(ウ)広く・(エ)小さく・(オ)同調回路の(1)。

答え：(1)

まとめ

(ア)	逆方向電圧
(イ)	空乏層
(ウ)(エ)	幅d広く・容量小さく
(オ)	無線通信の同調回路
答え	(1)

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