電験三種（第三種電気主任技術者）「機械」のうち、パワー半導体デバイスの問題です（大分類：パワーエレクトロニクス・重要度B）。一問一答5問 → 五肢択一3問の順に解き、解答・解説は各問題の下を開いて確認してください。
一問一答（○×）
重要度：B 難易度：★☆☆
問1：ダイオードは、ゲート信号によってオン・オフを制御できる。
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正解：×
ダイオードにはゲート端子がなく、順方向電圧が加わると導通し、逆方向電圧で阻止します。オン・オフを制御できない非可制御素子です。
重要度：B 難易度：★☆☆
問2：サイリスタは、順方向電圧が加わっているときにゲート電流を流すとオンし、電流が保持電流以下になるとオフする。
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正解：○
サイリスタはゲート電流でターンオンし、いったんオンするとゲート電流がなくても導通を続け、電流が保持電流以下になるとオフします。
重要度：B 難易度：★☆☆
問3：サイリスタは、ゲート信号を取り去るだけでオフさせることができる。
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正解：×
サイリスタはゲート信号だけではオフできません。電流を保持電流以下にする（逆電圧を加えるなど）必要があります。
重要度：B 難易度：★☆☆
問4：IGBTとパワーMOSFETは、ゲート電圧でオン・オフを制御できる自己消弧形の素子である。
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正解：○
どちらもゲート電圧でオンとオフの両方を制御できる自己消弧形（オン・オフ制御形）素子です。
重要度：B 難易度：★★☆
問5：GTO（ゲートターンオフサイリスタ）は、ゲートに負の電流を流すことでオフさせることができる。
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正解：○
GTOはゲートに正の電流でオン、負の電流（逆方向の電流）でオフできるサイリスタです。
五肢択一
重要度：B 難易度：★☆☆
問6：オン時の電圧降下が1.2Vの半導体スイッチに、オンの期間だけ30Aの電流が流れる。1周期のうちオンの期間の割合が0.5のとき、導通損失の平均値〔W〕の値として、正しいものはどれか。ただし、スイッチング損失は無視する。
- 0.6
- 1.2
- 9.0
- 18.0
- 36.0
【第6問：正解と解説】
正解：4
正解は4です。
オン中の損失＝1.2×30＝36W、平均値＝36×0.5＝18.0W
1：誤り。電圧降下にオンの割合を掛けた値です。
2：誤り。電圧降下〔V〕の値です。
3：誤り。オンの割合を2回掛けた値です。
4：正しい。
5：誤り。オンの割合を掛け忘れた値です。
重要度：B 難易度：★★☆
問7：パワー半導体デバイスに関する次の記述のうち、正しいものはどれか。
- パワーMOSFETは多数キャリアだけで動作するユニポーラ形素子で、高速スイッチングに適する。
- IGBTはパワーMOSFETより高速だが、低電圧・小電流の用途に限られる。
- サイリスタは、ゲート電圧を0にするとオフする。
- ダイオードは、ゲート端子に電流を流すと導通する。
- GTOは、ゲートに正の電流を流すとオフする。
【第7問：正解と解説】
正解：1
正解は1です。
1：正しい。
2：誤り。IGBTはパワーMOSFETより高電圧・大電流に適し、スイッチング速度はMOSFETの方が速いです。
3：誤り。サイリスタはゲート信号だけではオフできません。
4：誤り。ダイオードにはゲート端子がありません。
5：誤り。GTOは負のゲート電流でオフします。
重要度：B 難易度：★☆☆
問8：あるインバータのスイッチング損失が、スイッチング周波数10kHzのとき20Wであった。ほかの条件を変えずにスイッチング周波数を15kHzにしたときのスイッチング損失〔W〕として、最も近いものはどれか。ただし、1回のスイッチングで生じる損失のエネルギーは一定とする。
- 13.3
- 20.0
- 30.0
- 45.0
- 60.0
【第8問：正解と解説】
正解：3
正解は3です。
スイッチング損失＝1回の損失エネルギー×周波数で、周波数に比例：20×15／10＝30.0W
1：誤り。周波数に反比例するとした値です。
2：誤り。変わらないとした値です。
3：正しい。
4：誤り。周波数の2乗に比例するとした値です。
5：誤り。3倍にした値です。
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