電験三種(令和5年度上期) 機械 問10

スポンサーリンク

問題

方針

トランジスタの特徴に関する問題です。
(1)については「絶縁ゲート型・バイポーラトランジスタ(IGBT)
(2)については「ユニポーラ型(FET)
(3)については「ユニポーラ型の特徴
(4)については「バイポーラ型の特徴
(5)については「化合物半導体
上記より考えたいと思います。

解法

(1)

「絶縁ゲート型・バイポーラトランジスタ(IGBT)」
入力部がMOSFET構造のゲート、出力部がバイポーラトランジスタ構造の複合デバイス。
(pnpトランジスタとnチャネル型MOSFETを接続したもの)
ゲート-エミッタの電圧でON/OFF制御を行う電圧制御素子である。

「IGBT」は上記のようにMOSFETのゲート電圧のON/OFFによって、バイポーラトランジスタのコレクターエミッタ電流を制御します。従って逆電圧をかけてもバイポーラトランジスタには逆電流を流すことはできません。
従ってとなります。

(2)

「ユニポーラ型(FET)」
入力電圧(ゲート電圧)で出力電流(ドレインーソース電流)を制御する電圧制御素子である。

上記より、ゲート電圧によってターンオン・ターンオフするのでとなります。

(3)

「ユニポーラ型の特徴」

  • 消費電力:小さい。
  • スイッチング動作速い。(キャリアの蓄積が無いため、蓄積時間の遅延が無くスイッチングが速い)
  • 温度安定性:高い。
  • 入力インピーダンス:大きい。(ゲートに流れる電流はほぼ0である)
  • 耐性:弱い。
  • オン抵抗(ドレイン・ソース間の抵抗値):大きい。(動作時の電力の損失が大きい)

上記より、「ユニポーラ型」はスイッチングが速く、ターンオン時間は短いです。また、オン抵抗(ドレインーソース間の抵抗値)が大きいので、流せる電流は小さくなります。
従ってとなります。

(4)

「バイポーラ型の特徴」

  • 消費電力:大きい。
  • スイッチング動作遅い。(少数のキャリア蓄積があるため、スイッチングが変わったときに少数キャリアが戻るまでの時間がかかり、スイッチングが遅くなる)
  • 温度安定性:弱い。
  • 入力インピーダンス:小さい。(電流が入力側の方へ損失してしまい、小さい信号だと伝わらなくなってしまう)
  • 耐性:強い。
  • オン抵抗(コレクターエミッタ間の電圧降下):小さい。(動作時の電力の損失が小さい)

「絶縁ゲート型・バイポーラトランジスタ(IGBT)」
ターンオフ時には、バイポーラトランジスタの特徴である少数のキャリア蓄積を戻すため、テール電流と呼ばれる電流が流れターンオフ時間は長くなる

「IGBT」は複合デバイスですが、出力部はバイポーラ型の構造です。上記の「バイポーラ型の特徴」の通り、スイッチング動作はキャリア蓄積の戻り時間があり、テール電流が流れるので遅くなります。
従ってとなります。

(5)

「化合物半導体」
真性半導体のように単元素ではなく、2種類以上の元素からなる半導体。
SiC(シリコンカーバイト)は、シリコンと炭素で構成される化合物半導体材料。
高耐圧高耐熱、低オン抵抗、高速性に優れるため、MOSFETなどで採用が増えている

上記よりとなります。

解答

誤りは(1)となります。

タイトルとURLをコピーしました