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二極真空管 (過去12年／6問出題)

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🛡️ 二極真空管 のまとめ ▼

真空管の特性 💡

  • 初速度領域：熱運動に起因する、特性曲線原点より左側（負の陽極電圧領域）での電流発生。
  • 空間電荷制限領域：電流 $ I $ が電圧 $ V $ の $ 3/2 $ 乗に比例する特性（チャイルド・ラングミュアの法則）。
  • 温度制限領域：飽和電流値の上昇に伴うフィラメント温度の上昇特性。
  • 陽極電位：電源電圧から抵抗による電圧降下分（ $ I \times R $ ）を差し引いた値。
  • 回路電流：負荷線 $ I = ( E - V ) / R $ と二極真空管特性曲線の交点からの算出。

※以下の国家試験問題・選択肢は学習支援を目的として引用しています。問題文および選択肢の著作権は厚生労働省に帰属します。解説・補足・分野分類・関連知識の整理は当サイトが独自に作成しています。

67AM75 【医用工学】
二極真空管の特性曲線を図に示す。正しいのはどれか。
1．⑴は電流が流れない領域である。
2．⑵は陽極電流が陽極電圧の ３／２ 乗に比例する領域である。
3．⑵は陰極温度に制限された電流が流れる領域である。
4．⑶は空間電荷に制限された電流が流れる領域である。
5．T₁ は T₂ に比べてフィラメント加熱電流が多い。
正解：2
⑴：初速度領域、電子の熱運動によりわずかに電流が流れる。
⑵：空間電荷制限領域は、空間電荷の影響で制限される領域で陽極電流 $I_p$ が陽極電圧 $V_p$ の $3/2$ 乗に比例
⑶：温度制限（飽和）領域

$T_2$ の方が飽和電流値が高いため、$T_2$ の方がフィラメント加熱電流（温度）が多い
70PM78 【医用工学】
二極真空管の特性曲線を図に示す。領域A について正しいのはどれか。２つ選べ。
1．飽和領域である。
2．空間電荷領域である。
3．電子の初速度が関係している。
4．負の陽極電圧が印加されている。
5．陽極電圧と陽極電流は正比例している。
正解：34
領域Aは初速度領域

5. この領域は正比例ではなく、電圧（負の電圧）に対して指数関数的に電流が減少
68PM78 【医用工学】
二極真空管のフィラメントに一定電流を流した後に陽極電圧を上昇させたときの 特性曲線を図に示す。正しいのはどれか。
1．A
2．B
3．C
4．D
5．E
正解：1
二極真空管の特性として、初速度領域があるため、陽極電圧が $0$ またはわずかに負の地点から電流が流れ始める
74AM77 【医用工学】
二極真空管の空間電荷制限領域で、陽極電圧 25 V、陽極電流 100 mA のとき、陽極電圧を9V とすると陽極電流[mA]に最も近いのはどれか。
1． 4.7
2．13.0
3．21.6
4．36.0
5．50.6
正解：3
空間電荷制限領域では、陽極電流 $I_p$ は陽極電圧 $V_p$ の $3/2$ 乗に比例

$$I_p \propto V_p^{3/2}$$より
$$\frac{I_p'}{I_p} = \left( \frac{V_p'}{V_p} \right)^{3/2}$$
$$\frac{I_p'}{100} = \left( \frac{9}{25} \right)^{3/2}$$
$$I_p' = \frac{2700}{125} = 21.6\,\text{mA}$$
75PM76 【医用工学】
二極真空管の回路図を示す。電池 E の起電力が 200 V、抵抗 R が 20 kΩ のとき、陽極電流（プレート電流）は 7.5 mA であった。図の A 点を電位の基準にとり 0 とするとき、B 点の電位［V］はどれか。
1．＋ 200
2．＋ 150
3．＋ 100
4． ＋ 50
5．－ 150
正解：4
オームの法則（$V = I \times R$）より
陽極電流（プレート電流）$I_p = 7.5\,\text{mA} = 7.5 \times 10^{-3}\,\text{A}$
抵抗 $R = 20\,\text{k}\Omega = 20 \times 10^3\,\Omega$

抵抗での電圧降下 $V_R$ は：$$V_R = (7.5 \times 10^{-3}\,\text{A}) \times (20 \times 10^3\,\Omega) = 150\,\text{V}$$

「陽極電圧」とは、陰極（A点）から見た陽極（B点）の電位差のこと
A点から見てB点は、電池の力で $+200\,\text{V}$
しかし、その途中に抵抗Rがあり、そこで $150\,\text{V}$ 分の電位が下がる
$$\text{B点の電位} = 200\,\text{V} - 150\,\text{V} = 50\,\text{V}$$
76AM76 【医用工学】
二極管の電圧と電流の関係を図に示す。この二極管を 1 kΩ の抵抗に直列に接続して 80 V の電圧を加えたとき流れる電流［mA］はどれか。
1．20
2．30
3．40
4．50
5．60
正解：2
全体の電圧：$80\,\text{V}$
抵抗 $R = 1\,\text{k}\Omega = 1000\,\Omega$
電圧の分配：$80\,\text{V} = (\text{二極管の電圧 } V_p) + (\text{抵抗の電圧降下 } V_R)$

抵抗での電圧降下 $V_R$ は、流れる電流を $I\,[\text{mA}]$ とすると、$V_R = I \times 1\,\text{k}\Omega = I\,[\text{V}]$
$I = 80 - V_p$

グラフ上で、「電圧が $V_p$ のとき、電流が $80 - V_p$ となる点」を探す。
グラフの $50\,\text{V}$ の位置で、電流値は約 $30\,\text{mA}$
式（$V_p + I = 80 \Rightarrow 50 + 30 = 80$）にぴったり当てはまる