35PM51｜第35回 臨床工学技士国家試験 過去問

正答

5

公式正答は 5 です。正答内容は ｄ、ｅ です。

この問題のポイント

半導体素子について、抵抗の理想化、制御量、多数キャリア、センサ効果、消費電力を区別します。とくに半導体のピエゾ抵抗効果と圧電効果、Hall効果、磁気抵抗効果を混同しないことが重要です。

解説

理想ダイオードは順方向で短絡、逆方向で開放とみなすため、順方向抵抗は0、逆方向抵抗は無限大です。BJTは小さなベース電流でコレクタ電流を制御する電流制御素子であり、FETはゲート電圧でドレイン電流を制御する電圧制御素子です。

理想ダイオードモデルを数値で表せば R_forward=0 Ω、R_reverse=∞ Ωです。したがって「順方向抵抗が∞」というaは0と∞を逆にしています。

半導体のピエゾ抵抗効果は、応力やひずみによって電気抵抗率が変化する現象で、圧力センサやひずみゲージに利用されます。圧力で電荷が生じる圧電効果とは原理が異なり、磁界検出に用いるHall効果や磁気抵抗効果とも区別します。n-チャネル FETでは電子が多数キャリアです。CMOSは相補形MOSFETを用い、定常論理状態で電源から接地への直流経路が小さいため、一般にBJT論理回路より静的消費電力を抑えられます。ただしスイッチング時の容量充放電電流や漏れ電流は存在します。

各肢の最終判定は、ａ：誤り、ｂ：誤り、ｃ：誤り、ｄ：正しい、ｅ：正しいです。

選択肢の確認

選択肢1：ａ、ｂ

正答ではありません。 ａは理想ダイオードの順方向抵抗を逆にしており、順方向は0、逆方向が無限大です。ｂもBJTはベース電流でコレクタ電流を制御する電流制御素子なので誤りです。

選択肢2：ａ、ｅ

正答ではありません。 ｅはCMOSの静的消費電力が一般にBJT回路より小さいという比較で正しい一方、ａは理想ダイオードの順方向抵抗を無限大としているため、この組合せは成立しません。

選択肢3：ｂ、ｃ

正答ではありません。 ｂはBJTを電圧制御素子としている点が誤りです。ｃもピエゾ抵抗効果は圧力・ひずみセンサに利用され、磁気センサの代表原理はHall効果や磁気抵抗効果なので誤りです。

選択肢4：ｃ、ｄ

正答ではありません。 ｄはn-チャネル FETの多数キャリアが電子であるため正しい記述です。しかしｃはピエゾ抵抗効果の用途を磁気センサとしており、圧力・ひずみ検出との対応を取り違えています。

選択肢5：ｄ、ｅ

正答です。 ｄはn-チャネルの多数キャリアが電子であることを、ｅは相補形MOSFETを用いるCMOSの静的消費電力が一般にBJT回路より小さいことを正しく述べています。

覚えるポイント

• 理想ダイオードは順方向抵抗0、逆方向抵抗無限大として扱う。
• BJTは電流制御、FETは電圧制御、n-チャネルの多数キャリアは電子。
• ピエゾ抵抗効果は圧力・ひずみ検出、Hall効果や磁気抵抗効果は磁界検出に対応する。