ミニテスト 理論

半導体と電子回路 ミニテスト【第2回】

半導体と電子回路」のミニテスト第2回(全5問)です。

半導体と電子回路 ミニテスト

第1回 第2回 第3回

テストの使い方

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第1問

真性シリコンへアクセプタ不純物を添加してp型半導体を作る。選択肢のうち、周期表13族で、シリコン中の多数キャリアを正孔にする代表的な添加元素はどれか。

(1)リン
(2)ヒ素
(3)ホウ素
(4)アンチモン
(5)ゲルマニウム

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正解:(3)ホウ素
ホウ素Bはシリコンより価電子が1個少ない13族のアクセプタ不純物です。電子が不足した結合を正孔として扱うため、多数キャリアは正孔になります。リンP・ヒ素As・アンチモンSbは15族の代表的なドナーで、n型を作ります。「13族を入れた」だけで終えず、アクセプタ準位と多数キャリアまで対応させます。

第2問

ツェナーダイオードを逆方向に接続し、直列抵抗で電流を制限する。逆方向電圧が規定のツェナー電圧へ達し、許容電流・許容損失内で降伏領域を使うときの代表的な用途はどれか。

(1)整流
(2)発光
(3)定電圧回路
(4)増幅
(5)発振

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正解:(3)定電圧回路
逆方向の降伏領域では端子電圧がツェナー電圧付近に保たれるため、基準電圧や並列形の定電圧回路に使えます。ただし、入力電圧と負荷電流が変わってもツェナー電流が動作範囲内に残るよう直列抵抗を選び、最大損失PZ=VZIZも確認します。単に逆接続しただけでは定電圧動作は保証されません。

第3問

理想オペアンプの入力端子へ信号源を接続する。理想モデルの入力インピーダンスと、それから直接導ける入力電流の組合せとして正しいものはどれか。

(1)ゼロ
(2)1Ω
(3)1kΩ
(4)1MΩ
(5)無限大

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正解:(5)無限大
理想オペアンプは入力インピーダンスを無限大とするため、正負どちらの入力端子にも電流は流れません。この条件だけから両入力電圧が等しいとはいえません。仮想短絡を使うには、さらに負帰還が成立し、出力が電源電圧などで飽和していないことが必要です。

第4問

pn接合LEDを順方向へバイアスして定格内の電流を流す。半導体内部で光子が放出される主な過程はどれか。

(1)抵抗による発熱
(2)pn接合での電子と正孔の再結合
(3)電磁誘導
(4)圧電効果
(5)光電効果

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正解:(2)pn接合での電子と正孔の再結合
順方向電流によって注入された電子と正孔が再結合すると、材料のバンドギャップに対応するエネルギーが光子として放出されます。発光色は主に材料とバンドギャップで決まり、抵抗のジュール熱、電磁誘導、圧電効果、外部光による光電効果とは別の現象です。

第5問

npn形BJTが順方向能動領域で動作し、コレクタ側の電源と負荷には十分な余裕があると確認できた。直流電流増幅率hFE=100、ベース電流IB=0.1 mAのとき、コレクタ電流IC [mA] はいくらか。

(1)0.1
(2)1
(3)10
(4)100
(5)1000

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正解:(3)10
順方向能動領域という条件からIC=hFEIB=100×0.1=10 mAです。この式は動作領域を確認した後に使います。コレクタ抵抗と電源から求まる負荷線上の最大電流より10 mAが大きければ実際には飽和し、hFEIBをそのまま流すことはできません。

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