電流と回路（知識）の問題

ケイ素（シリコン）の結晶に、ごく少量の不純物を加えてつくる半導体（不純物半導体）と、それを用いた pn 接合ダイオードについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、ケイ素の原子は 4 個の価電子をもつ。

• ア　ケイ素の結晶に、価電子を 5 個もつリン（P）をごく少量加えると、p 型半導体になる。
• イ　ケイ素の結晶に、価電子を 3 個もつホウ素（B）をごく少量加えると、結合に使われずに余った電子がおもなキャリアとなる。
• ウ　n 型半導体では、おもなキャリアが負の電荷をもつ電子であるため、電圧を加えていないときも、半導体全体が負に帯電している。
• エ　p 型半導体の中をホールが移動するのは、実際には近くの電子がホールの位置へ次々に移っていくことによるもので、ホールは正の電荷をもつ粒子のようにふるまう。
• オ　pn 接合ダイオードに逆方向の電圧を加えると、電子とホールが接合面に向かって移動して次々に結びつくので、電流が流れ続ける。

半導体とダイオードについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、ダイオードは p 型半導体と n 型半導体を接合した pn 接合ダイオードとする。

• ア　ケイ素（シリコン）の真性半導体の抵抗率は、温度が高くなるほど大きくなる。
• イ　ケイ素に価電子を 5 個もつリンを微量加えると、正孔が主なキャリアとなる p 型半導体になる。
• ウ　ダイオードに順方向の電圧を加えると、正孔は n 型側から p 型側へ、電子は p 型側から n 型側へ移動する。
• エ　ケイ素に価電子を 3 個もつホウ素を微量加えると、電子の不足した部分である正孔ができ、正孔が主なキャリアとなる p 型半導体になる。
• オ　ダイオードは、n 型側の電位を p 型側の電位より高くしたときに電流をよく流し、逆にしたときにはほとんど流さない。

電流計は測りたい部分に直列に、電圧計は測りたい部分に並列に接続して使う。どちらの計器も、計器そのものが電流の通り道になっていて、ある大きさの抵抗値をもっている。

この計器そのものがもつ抵抗のために、電流計を直列に入れると回路全体の抵抗が増えて、測りたい電流がわずかに小さくなる。また、電圧計を並列に入れると電圧計にも電流が分かれて流れ、測りたい部分の電圧がわずかに変わってしまう。このため、電流計ではこの抵抗の値ができるだけ小さく、電圧計ではできるだけ大きいことが望ましい。さらに、測定範囲を広げるために電流計に並列に、または電圧計に直列に接続する抵抗の値も、この抵抗の値をもとにして決められる。

このように、電流計や電圧計などの計器そのものがもつ抵抗を何というか。漢字 4 字で答えよ。

いくつかの抵抗を導線でつないだ部分の両端に電圧 $V$ を加えたとき、その部分全体に流れ込む電流が $I$ であったとする。この部分を、同じ電圧 $V$ を加えると同じ電流 $I$ が流れる 1 つの抵抗に置きかえて考えることができ、その抵抗値は $\frac{V}{I}$ で表される。

抵抗値 $R_1$, $R_2$ の 2 つの抵抗を直列に接続した場合、この抵抗値は $R_1+R_2$ となり、どちらの抵抗の抵抗値よりも大きい。一方、並列に接続した場合、この抵抗値の逆数は $\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$ となり、この抵抗値はどちらの抵抗の抵抗値よりも小さい。

このように、接続された複数の抵抗と同じはたらきをする 1 つの抵抗の抵抗値を何というか。漢字で答えよ。ただし、導線の抵抗は無視する。

半導体とダイオードについて述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、ダイオードは p 型半導体と n 型半導体を接合した pn 接合ダイオードとする。

• ア　ケイ素（シリコン）の結晶に、価電子を 5 個もつリンなどの原子を不純物としてわずかに加えたものは n 型半導体であり、おもに電子が電荷を運ぶ。
• イ　ケイ素（シリコン）の結晶に、価電子を 3 個もつホウ素などの原子を不純物としてわずかに加えたものは p 型半導体であり、おもに電子が電荷を運ぶ。
• ウ　半導体中のホール（正孔）は、電子が抜けた跡であり、正の電荷をもつ粒子のようにふるまう。
• エ　ダイオードの p 型側の電位が n 型側の電位より高くなるように電圧を加えると、ダイオードに電流が流れやすい。
• オ　ダイオードの n 型側の電位が p 型側の電位より高くなるように電圧を加えると、接合面でホールと電子が次々に結合し、大きな電流が流れる。
• カ　不純物を含まない真性半導体の抵抗率は、温度が高くなるほど大きくなる。