令和7年度上期第三種電気主任技術者試験 理論（電気技術者試験センター）問11
理論
ホール素子に関する問題
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次の文章は，図1及び図2に示す原理図を用いてホール素子の動作原理について述べたものである。図1に示すように，p形半導体に直流電流I [A]を流し，半導体の表面に対して垂直に下から上向きに磁束密度B [T]の平等磁界を半導体に加えると，半導体内の正孔は進路を曲げられ，電極①には［(ア)］電荷，電極②には［(イ)］電荷が分布し，半導体の内部に電界が生じる。また，図2のn形半導体の場合は，電界の向きはp形半導体の場合と［(ウ)］である。この電界により，電極①-②間にホール電圧VH [V]が発生し，それは直流電流I [A]にほぼ［(エ)］する。上記の記述中の空白箇所(ア)～(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
| (ア) | (イ) | (ウ) | (エ) | |
|---|---|---|---|---|
| (1) | 負 | 正 | 同じ | 反比例 |
| (2) | 正 | 負 | 同じ | 反比例 |
| (3) | 負 | 正 | 同じ | 比例 |
| (4) | 正 | 負 | 反対 | 比例 |
| (5) | 負 | 正 | 反対 | 比例 |
- 1(ア) 負 (イ) 正 (ウ) 同じ (エ) 反比例
- 2(ア) 正 (イ) 負 (ウ) 同じ (エ) 反比例
- 3(ア) 負 (イ) 正 (ウ) 同じ (エ) 比例
- 4(ア) 正 (イ) 負 (ウ) 反対 (エ) 比例
- 5(ア) 負 (イ) 正 (ウ) 反対 (エ) 比例
答えと解説
✓ これが正解4(ア) 正 (イ) 負 (ウ) 反対 (エ) 比例
解説
電極①が正・②が負、n形では電界が反対、ホール電圧は電流に比例。
ホール素子は、電流を流した半導体に垂直な磁界を加えると、電流を運ぶ粒子（キャリヤ）が磁界から力を受けて曲げられ、電流と磁界の両方に垂直な向きに電圧が生じる現象を使っています。
図1では、電流Iは板の奥から手前へ、磁束密度Bは下から上へ向いています。p形半導体のキャリヤは正孔で、電流と同じ手前向きに動きます。正の電荷に働く力の向きは、フレミングの左手の法則で中指を電流、人差し指を磁界の向きに合わせたときの親指の向きで、図の左側、つまり電極①の側です。正孔が電極①側に集まるので、(ア)は正、電極②の(イ)は負です。
図2のn形半導体のキャリヤは電子で、電流と逆向きに動きます。電荷の符号も動く向きも逆なので、受ける力は正孔と同じく電極①側です。電子が集まる電極①が負、電極②が正となり、電界の向きはp形の場合と(ウ)反対です。
ホール電圧はVH＝RH×IB／d（RHは材料で決まる定数、dは板の厚さ）で表され、直流電流Iにほぼ(エ)比例します。したがって正・負・反対・比例の組合せが正解です。キャリヤの電荷の符号が変わるとホール電圧の極性が反転する、と押さえておくと見分けられます。
ほかの選択肢の解説
- 1(ア) 負 (イ) 正 (ウ) 同じ (エ) 反比例：電極①を負、電極②を正とした点が、正孔の集まる側と逆です。さらにn形で電界の向きを同じとし、ホール電圧が電流に反比例するとした点も誤りで、(ア)～(エ)のすべてが違います。
- 2(ア) 正 (イ) 負 (ウ) 同じ (エ) 反比例：正孔が集まる電極①を正、電極②を負とした(ア)(イ)は合っています。しかしn形ではキャリヤの電荷の符号が逆なので電界の向きは反対になり、ホール電圧は電流に比例するので、(ウ)(エ)が違います。
- 3(ア) 負 (イ) 正 (ウ) 同じ (エ) 比例：ホール電圧が電流に比例するとした(エ)は合っていますが、電極①を負・電極②を正とした(ア)(イ)が逆です。n形の電界の向きを同じとした(ウ)も、キャリヤの符号の違いを見落としています。
- 5(ア) 負 (イ) 正 (ウ) 反対 (エ) 比例：n形で電界の向きが反対になる(ウ)と、電流に比例する(エ)は合っています。ただし図1のp形では正孔が電極①の側へ曲げられるので、電極①は正、電極②は負で、(ア)(イ)が逆です。
出典：令和7年度上期第三種電気主任技術者試験 理論 問11（電気技術者試験センター）。1問ずつ解ける形に加工しています（B問題の共通の文と図を小問ごとに複写・図と式を問題冊子から切り出して画像で掲載・1行で書ける式を字に書き直し）。解説は当サイト独自のもので、電気技術者試験センターとは関係ありません。
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