令和2年度 電験3種 理論 問11の過去問解説

令和2年度 電験3種 理論 問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$V\left[\mathrm{V}\right]$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(図中の●印)とn形半導体のキャリヤ(図中の〇印)がpn接合面付近で拡散し、互いに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生じる。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 無線通信の同調回路
(5) 逆方向 反転層 広く 小さく 無線通信の同調回路

解答・解説

正解(1)

可変容量ダイオードは、逆方向バイアスを印加し空乏層の幅を変化させることで、静電容量を変化させるダイオードのことです。

空乏層の幅が大きくなれば、並行平板コンデンサの静電容量の式である、

$$\frac{\varepsilon_0\varepsilon_{r1}}{d}S$$

に従って小さくなります。

よって、
(ア)逆方向
(イ)空乏層
(ウ)広く
(エ)小さく
(オ)無線通信の同調回路
となるので、正解は(1)です。

参考に、可変容量ダイオードは、下図の意示す通り逆バイアスを印加し、空乏層の幅を広げることで、平行平板コンデンサの公式に沿って静電容量を変化させます。

また、R4年度 下期 問11において、本問と同じく無線通信の同調回路に使用する例が出題されています。ダイオードと聞くと、どうしても順方向バイアスを想像してしまいますが、

  • 可変容量ダイオード
  • 定電圧ダイオード(ツェナーダイオードとも)

は逆方向バイアスが基本なので、セットで覚えておいてください。

タイトルとURLをコピーしました