理論
電験三種 令和7年度下期 理論 問11
問題・正答・学習用解説
問題
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。
選択肢
正答と解説
正答：（2）
正答の考え方
正解は(2)です。三つのダイオードの使用方法を順に確認します。a. 可変容量ダイオード（バリキャップ、バラクタ）は、pn 接合に（ア）逆方向電圧を加えて使います。逆方向では空乏層が広がり、その幅が電圧で変化します。空乏層を誘電体、両側を電極とみなすとコンデンサとして働き、逆電圧を大きくするほど空乏層が広がって容量が小さくなります。この電圧で容量を変えられる性質を同調回路に利用します。b. 定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）は、pn 接合に（イ）逆方向電圧を加え、それを大きくしていくと降伏現象が起き、降伏電圧付近では電流が変化しても電圧がほぼ一定に保たれます。c. レーザダイオード（および発光ダイオード）は発光素子で、pn 接合に（ウ）順方向電圧を加え、注入した電子と正孔が再結合する際に光を放出します。したがって（ア）逆方向、（イ）逆方向、（ウ）順方向の組合せとなる(2)が正解です。
各選択肢の解説
選択肢1
（ア）を順方向とする組合せは誤りです。可変容量ダイオードは逆方向電圧で空乏層幅を変え容量を可変するので逆方向が正しく、この選択肢は（ウ）の対応も含め整合しません。
選択肢3
（イ）を順方向とする組合せは誤りです。降伏現象は逆方向電圧を大きくしたときに起こり、定電圧ダイオードは逆方向電圧で使用します。順方向では降伏は起きません。
選択肢4
（ア）順方向・（イ）逆方向の組合せが誤りです。可変容量ダイオードは逆方向、定電圧ダイオードも逆方向で用いるため、（ア）を順方向とするのは不適です。
選択肢5
（ウ）を逆方向とする組合せは誤りです。レーザダイオードは発光素子で、順方向電流による電子・正孔の再結合発光を利用するため順方向電圧で使用します。
周辺知識
ダイオードは pn 接合の整流作用が基本ですが、用途別に特殊ダイオードがあり、それぞれ『順方向で使うか逆方向で使うか』を整理すると覚えやすいです。逆方向で使う代表が、可変容量ダイオード（空乏層幅＝容量を電圧で可変、同調・周波数変調に利用）と定電圧ダイオード（ツェナー降伏・なだれ降伏で定電圧を得る、基準電圧源に利用）です。順方向で使う代表が、発光ダイオード（LED）とレーザダイオードで、いずれも電子・正孔の再結合による発光（注入型発光）を利用します。降伏現象には、約 6 V 以下の低電圧で起こる『ツェナー降伏（トンネル効果）』と、それ以上で起こる『なだれ（アバランシェ）降伏（衝突電離）』があり、両者をまとめてツェナーダイオードと呼びます。空乏層は逆電圧で広がり順電圧で狭まること、再結合発光は順方向でしか起きないこと、を押さえると(ア)〜(ウ)の判定が確実になります。他にトンネルダイオード、ショットキーバリアダイオード、ホトダイオードなども関連事項として頻出です。