《理論》〈電子理論〉[R2:問11]可変容量ダイオード（バラクタダイオード）に関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

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\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)電圧\( \ V \ \mathrm {[V]} \ \)を加えると静電容量が変化するダイオードである。\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体と\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体を接合すると，\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体のキャリヤ（図中の●印）と\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体のキャリヤ（図中の〇印）が\( \ \mathrm {pn} \ \)接合面付近で拡散し，互いに結合すると消滅して\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)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\( \ \fbox {　（ア）　} \ \)電圧を印加し，その大きさを大きくすると，\( \ \fbox {　（イ）　} \ \)の領域の幅\( \ d \ \)が\( \ \fbox {　（ウ）　} \ \)なり，静電容量の値は\( \ \fbox {　（エ）　} \ \)なる。この特性を利用して可変容量ダイオードは\( \ \fbox {　（オ）　} \ \)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。

\[
\begin{array}{cccccc}
& （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） & （オ） \\
\hline
(1) & 　逆方向　 & 　空乏層　 & 　広く　 & 　小さく　 & 　無線通信の同調回路　 \\
\hline
(2) & 　順方向　 & 　空乏層　 & 　狭く　 & 　小さく　 & 　光通信の受光回路　 \\
\hline
(3) & 　逆方向　 & 　空乏層　 & 　広く　 & 　大きく　 & 　光通信の受光回路　 \\
\hline
(4) & 　順方向　 & 　反転層　 & 　狭く　 & 　大きく　 & 　無線通信の変調回路　 \\
\hline
(5) & 　逆方向　 & 　反転層　 & 　広く　 & 　小さく　 & 　無線通信の同調回路　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

理論科目として，本問で重要となるのは（ア）～（エ）のメカニズムに関する箇所となります。ダイオードには順電圧で使用する発光ダイオードやレーザーダイオード，逆電圧で使用する定電圧ダイオードや可変容量ダイオード等があります。それぞれメカニズムや特徴が重要となるので，分からない場合はテキストで復習するようにしましょう。

1.可変容量ダイオード
\( \ \mathrm {p} \ \)形半導体と\( \ \mathrm {n} \ \)形半導体を\( \ \mathrm {pn} \ \)接合し，逆電圧をかけることで空乏層が広がる現象を利用したダイオードです。
電圧を大きくすると空乏層が大きくなり，空乏層を誘電体としたコンデンサのようになります。
コンデンサの静電容量\( \ C \ \mathrm {[F]} \ \)が誘電率\( \ \varepsilon \ \mathrm {[F/m]} \ \)，極板面積\( \ S \ \mathrm {[m^{2}]} \ \)，極板間の距離\( \ d \ \mathrm {[m]} \ \)を用いて，
\[
\begin{eqnarray}
C&=&\frac {\varepsilon S}{d} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] と表されることから，電圧を大きくすると極板間の距離が大きくなり，静電容量が小さくなることがわかります。
ラジオ等で，特定の周波数と共振する回路（同調回路）に利用されます。