令和6年度　第2回　工事担任者　総合通信　基礎　過去問解説　第2問

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シリコンは4価の原子です（最外殻に電子が4個あります）。

周囲のシリコン原子と電子を4個ずつ出し合って（共有結合）、安定した結晶を作っています。

シリコン結晶の中に、5価 の原子（リンやアンチモンなど）をほんの少し混ぜます。

すると、共有結合に使われる電子4個のほかに、電子が 1個あまって自由電子 になります。

この自由電子が電気を運ぶ役割（キャリア）となるため、n形半導体が生成されます。

ちなみに、シリコンの結晶の中に、3価の原子（ホウ素、インジウム、ガリウムなど）を混ぜるとp形半導体が生成されます。

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①ベース電流 $I_B$ を求める

直流電流増幅率 $h_{FE} = \frac{I_C}{I_B}$ の関係より、ベース電流 $I_B$ を計算します。

コレクタ電流 $I_C = 2\text{ mA}$、 $h_{FE} = 100$ なので、

$I_B = \frac{I_C}{h_{FE}} = \frac{2\text{ mA}}{100} = 0.02\text{ mA}$

②コレクタ抵抗 $R_C$ を流れる全電流 $I$ を求める

回路図より、抵抗 $R_C$ にはコレクタ電流 $I_C$ とベース電流 $I_B$ の両方が流れます。

$I = I_C + I_B = 2\text{ mA} + 0.02\text{ mA} = 2.02\text{ mA}$

③コレクタ電圧 $V_C$ を求める

電源電圧 $V_{CC} = 12\text{ V}$ から、$R_C = 3\text{ k}\Omega$ による電圧降下を引きます。

$V_C = V_{CC} – (I \times R_C) = 12\text{ V} – (2.02\text{ mA} \times 3\text{ k}\Omega) = 12 – 6.06 = 5.94\text{ V}$

④ベースバイアス抵抗 $R_B$ を求める

抵抗 $R_B$ にかかる電圧は、コレクタ電圧 $V_C$ とベース・エミッタ間電圧 $V_{BE} = 0.64\text{ V}$ の差になります。

オームの法則（$R = \frac{V}{I}$）より、

$R_B = \frac{V_C – V_{BE}}{I_B} = \frac{5.94\text{ V} – 0.64\text{ V}}{0.02\text{ mA}} = \frac{5.3\text{ V}}{0.02\text{ mA}} = 265\text{ k}\Omega$

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コンデンサは、内部で電極が向かい合っているため、直流電流は通り抜けられませんが、電圧が変化する信号（交流）は通過できます。

バイアス回路（直流）とは、トランジスタを適切に動作させるために必要な直流の電圧・電流のことです。次の段や負荷にこの直流が流れ込むと、動作点がズレて誤動作の原因になります。

出力信号（交流）とは、増幅された音声やデータなどの有用な信号成分です。

トランジスタの出力側にコンデンサを入れることで、バイアス回路の直流成分をカット（遮断）し、必要な交流分（信号成分）のみを取り出すことができます。

この役割を持つコンデンサを「結合コンデンサ（カップリングコンデンサ）」と呼びます。

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A　正しい
接合型電界効果トランジスタ（JFET）は、ゲート極に逆バイアス電圧をかけることで空乏層の厚さ（広がり）を変化させます。これにより、電流の通り道（チャネル）の太さを調整し、ドレイン—ソース間を流れる電流を制御するため、記述 Aは正しいです。

B　誤り
エンハンスメント型とデプレション型の説明が逆になっています。
エンハンスメント型：ゲート電圧を加えないとチャネルが形成されない（電流が流れない）タイプ
デプレション型：ゲート電圧を加えなくても最初からチャネルが存在する（電流が流れる）タイプ

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コレクタ接地方式の特徴は次のとおりです。

①入力インピーダンスが高い：前段の回路に電気的な負担をかけず、信号をスムーズに受け取ることができます。

②出力インピーダンスが低い：後段の回路に大きな電流を流す能力があり、負荷の影響を受けにくい性質を持っています。

③電圧増幅率がほぼ1（約1倍）：電圧はほとんど大きくなりません。

インピーダンス変換（整合）の役割は次のとおりです。

回路同士を接続する際、「前段の出力インピーダンス」と「後段の入力インピーダンス」の大きさが大きく異なると、信号がうまく伝わりません。

コレクタ接地回路を間に挟むことで、高インピーダンスの回路から低インピーダンスの回路へスムーズに信号を橋渡しすることができます。

このように、インピーダンスの高低を合わせる働きをインピーダンス変換と呼びます。