小信号用ダイオードの静特性の測定

1. 実験の目的

   ダイオードの順方向静特性を測定し、その特性が指数関数で
   近似出来ることを確認する。
   
   

2. 実験課題

   ダイオードに順方向電圧をかけ、流れる電流と電圧を測定し、測定結果を
   グラフに書き、特性が指数関数で近似出来ることを確認する。
   
   
   1. シリコン・ダイオード:1S1588
   2. シリコン・ダイオード:1N4007
   
   

3. ダイオードの静特性

   (接合型)ダイオードはPN接合に対し、N型に＋、P型に−の電圧をかけたときを
   逆方向電圧と呼び電流が流れません。また、順方向の電圧をかけたときは電流が
   流れますが、ダイオード両端の電圧-電流の特性は非線形な特性となります。
   
   
   ダイオードの特性をグラフで表すと下記のようになります。
   
   
   このグラフを数式で表現すると下記となります。
   I_D = Io * [ exp {q/(kT) * V_D } - 1 ]
   
   常温においてはexp {q/(kT) * V_D } ＞＞ 1
   なので、
   I_D = Io * exp {q/(kT) * V_D }
   
   と近似出来ますが、この式は指数関数です。両辺の対数をとると、
   log(I_D) = log[Io * exp {q/(kT) * V_D }]
   　　　 = log(Io) + log[exp {q/(kT) * V_D }]
   　　　 = I' + q/(kT) * V_D
   
   この式はI'は定数なので V_Dに関する一次式です。
   よって、直線となります。
   
   

4. 実験回路

   
   
   

5. 実験方法

   ダイオードの順子方向電流は、順方向電圧をわずかに変えただけでも大きく変化します。
   このため、順方向電圧の測定には、分解能のある測定器を使用する必要があります。
   この目的のために、かつては、直流電位差計が用いられていましたが、
   近年はディジタル・テスターが安価かつ容易に手に入るので、
   本実験でもディジタル・テスターを使用します。
   ダイオード両端の電圧を直接測定するために、電圧計と電流計の接続としては、
   AV法により測定を行います。
   逆に、VA法を使用すると、電流計の両端に発生する電圧がダイオードの順方向電圧の
   測定値に対して大きな誤差を発生させます。
   
   
   電流計については、測定範囲に合わせて、測定電流が50μAより小さいときは、
   アナログ直流電流計(50μA)を使用し、50μAを超える範囲ではアナログ・テスター
   を使用します。
   

6. 実験機材

   1. ダイオード:1S1588
      
      
      
   2. ダイオード:1N4007
      
      
      
   3. アナログ直流電流計(50μA)
   4. 可変抵抗器(5kΩB)
   5. 固定抵抗器(150Ω)
   6. アナログ・テスター
   7. ディジタル・テスター
   8. 乾電池
   
   

7. 実験結果

   1. 測定データ
      
      
      
   2. 1項データのグラフ
      電流をおよそ2mA以上流すと、ダイオード両端の電圧は0.6〜0.7Vで
      ほぼ一定となりました。
      
      
      
   3. 測定データ(縦軸:IDの対数を取ったもの)
      
      
      
   4. 3項データのグラフ
      電流I_Dの対数をとってグラフを描くと、ほぼ直線となりました。
      赤線は直線です。
      
      
   
   

8. 考察

   ダイオードの特性は指数関数となることが確認できました。
   従って、電流がある程度大きい(2mA以上)ときは両端の電圧は0.6〜0.7Vにて
   あまり変化がなくなりますが、電流が小さくなると0.6〜0.7Vより低くなることが
   判りました。
   
   

9. 今後の課題

   
   

10. 参考文献

    
    

11. 関連項目

    1. 直流計器
    2. AV法
    
    

12. 実験の様子

    1. 実験中の配線(いつものように雑然・・・)
       
       
       
    2. 測定中のダイオード