令和7年度上期理論問13

トランジスタの静特性グラフから電流増幅率と出力インピーダンスを読み取る

理論A問題配点 5点

出典：一般財団法人電気技術者試験センター令和7年度上期第三種電気主任技術者試験理論科目問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）

正解

(2)

正解の出典：同センターが公表している解答

解説

計算ではなくグラフの読み取り。どの2つの量の比を取るのかを間違えないこと。

電流増幅率 h_fe はコレクタ電流をベース電流で割ったもの。指定された動作点は I_B = 40 μA、V_CE = 6 V。グラフで I_B = 40 μA の曲線が V_CE = 6 V を通るところを読むと I_C ≈ 4.0 mA。

h_fe = I_C/I_B = 4.0×10⁻³ / 40×10⁻⁶ = 100

これで(1)(4)(5)が消える。

出力インピーダンス 1/h_oe は、同じ I_B の曲線に沿って V_CE を変えたときの、電圧の変化に対する電流の変化の比。つまりその曲線の傾きの逆数。

I_B = 40 μA の曲線を広めに読むと、V_CE = 2 V で I_C ≈ 3.6 mA、V_CE = 10 V で I_C ≈ 4.4 mA。 ΔV_CE = 8 V、ΔI_C = 0.8 mA なので 1/h_oe = 8 / (0.8×10⁻³) = 10 000 Ω

したがって h_fe = 100、1/h_oe = 10 000 Ω。正解は(2)。

読み取りのコツは、傾きを出すときにできるだけ離れた2点を使うこと。近い2点だと目盛りの読み誤差がそのまま答えの誤差になる。選択肢が 10 000 と 20 000 のように倍半分で用意されているのは、この読み方を確かめるため。

選択肢ごとの理由

(1)h_fe = 80 は I_B = 80 μA の曲線と取り違えた場合に出やすい値。指定は 40 μA。
(2)正しい。I_C ≈ 4.0 mA なので h_fe = 100、曲線の傾きから 1/h_oe = 8 V / 0.8 mA = 10 kΩ。
(3)1/h_oe = 20 000 は傾きを半分に読んだ場合。V_CE を 2 V から 10 V へ動かすと I_C は約 0.8 mA 増える。
(4)h_fe = 200 は I_C を 8 mA と読んだ場合。8 mA は I_B = 80 μA の曲線。
(5)h_fe・1/h_oe とも倍になっている。動作点の曲線と読み取り幅の両方を確認する。

この論点は、データセンターの現場でこう出てくる

トランジスタ1石の特性そのものより、「データシートの特性図から動作点を決める」という作業の型がここで身につく。これはデータセンターで扱う機器の選定と同じ手順になっている。例えば非常用発電機の出力特性、UPSの効率曲線、空調機の能力曲線。どれも「この条件で運転するとこの値になる」という図で示されていて、運転点をどこに置くかで効率と寿命が変わる。UPSは負荷率が低すぎると効率が落ちるので、二重化して両系を 40% ずつで回すのか、片系に寄せるのかという判断が出てくる。特性図の傾きを読んで「ここから先は効率が急に落ちる」と言えることが、そのまま電気代に効く。もう一つ、この問題の 1/h_oe は「電圧が変わっても電流があまり変わらない」ことを表す量で、定電流源に近いほど大きくなる。電源装置の出力インピーダンスが小さいほど負荷が変動しても電圧が保たれる、という関係と同じ見方。DCの電源品質を語るときの土台になる。

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