連関資料 :: ダイオード
資料:9件
全体公開 2022/10/05
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半導体ダイオードの特性
- 電子工学 臨床工学 ダイオード
550 販売中 2015/04/10- 閲覧(1,687)
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pn接合ダイオードの仕組みについて
- p型半導体とn型半導体を単結晶内で接合し、p型からn型に性質が移り変わる遷移部分をpn接合という。pn接合面付近では、お互いのキャリアである電子と正孔が静電気力で引き合い、または反発しあって電位差を生じている。 電圧が加えられていない熱平衡状態のpn接合では接合の部分を通過し電流が流れることがない。つまり、電位差を生じない。その一方で、ダイオードのｐ形のほうを正電位、ｎ形のほうを負電位になるように電池を接続すると、ｎ形のほうでは電池から電子が、ｐ形のほうでは正孔が入る。その結果、電位差を生じ電子が電位障壁を越えこのダイオードは電流が流れる。逆に、ｐ形のほうが負、ｎ形のほうが正になるように電池を接続すると、ｐ形の部分の正孔は負極に、ｎ形の部分の電子は正極のほうに移動し欠乏層が発生する。その結果、ダイオードの中では電流を運ぶものがなくなり電流が流れなくなる。この性質をダイオードの整流作用という。また、整流作用で電流が流れる方向は順方向といい、電流が流れない方向は逆方向という。 と表すことができ、I0は 以下ではほとんど電流は流れない。なお、逆方向特性で逆耐電圧を超すと急に電流が増加し、ダイオードが破壊されるので、この電圧を超さないようにすることが必要となる 上記のような、pn接合を持ち非対称の電圧−電流特性をもつ二端子素子をpn接合ダイオードという。pn接合ダイオードは、方向性があり、整流作用に用いられ電流の流れを制御する。また、接合面積を大きくすることで、大電流を流すことができる特徴を持つ。また、このほかにも特殊な性質を持つpnダイオードをまとめる。 ・可変容量ダイオード（variable-capacitance diode） pn接合ダイオードに逆方向電圧を加えると、接合部の電位障壁が高くなり、それに応じて、空乏層の幅が広がる。したがって、pn接合容量は、加える逆方向電圧の大きさで変化する。この性質を利用したのが可変容量ダイオードである。これは、kHz帯からミリ波帯にわたる極めて広い周波数範囲で、自動周波数制御、周波数変換、電子同調などに用いられる。別名、バラクタダイオード（varactor diode）。
- レポート 理工学 ダイオード 電子工学 半導体
- 550 販売中 2005/08/01
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半導体ダイオードの静特性
- 1.実験目的 PN接合からなる各種半導体ダイオードの静特性を測定し、それらの特性の特徴を理解しどのような用途に使われているか考える。 2.実験原理 PN接合で接合部のエネルギー障壁を越えるとP領域からN領域への正孔の注入、及びN領域からP領域への注入が可能になる。その結果、P領域からN領域に向かう方向に電流が流れる。P領域からN領域に注入された正孔はN領域の内部に進むにつれて減少する過剰な成功分布が形成され、N領域からP領域に注入された電子はP領域の内部に進むにつれて減少する過剰な電子分布が形成される。このとき、順方向電流は印加電圧が拡散電位を越えると急激に増加し、電流は電圧に依存せず負の一定値になる。この電流を逆方向飽和電流と言う。特別に設計されたPN接合では逆方向の電圧がある特定の値以上で、電流が急激に増加する。この現象を降伏現象と呼び、その発生機構のツェナー降伏は比較的低い逆バイアス電圧で発生知るのに対し、アバランシェ降伏は比較的高い電圧で発生する。ツェナー降伏を応用したツェナー・ダイオードは低電圧発生回路などに広く用いられている。PN接合に光を照射すると価電子帯の電子が伝誘帯に励起され、伝誘帯に自由電子が、価電子帯に自由正孔が対生成される。この電子正孔対がＰＮ接合の遷移領域内に生成されると、この領域内に存在する電界によるドリフトで電子はN領域へ、正孔はP領域へ流れ込み、P領域がプラスにN領域がマイナスに帯電し、光起電力が発生し光照射によって光電流が生じる。発光ダイオードはPN結合の半導体でそのN型の部分にマイナス極、P型の部分にプラス極を繋ぐ。これは順方向にバイアスをかける事でN型の自由電子が空乏層へと移動する。またこれと同様にP型からは自由ホールが移動しこれらが結合する。この際に発光現象を伴う。また、半導体の材料とドーピング材料によって発光色が異なる。
- レポート 理工学 電気 回路 電子 トランジス
- 550 販売中 2005/11/10
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ダイオード・トランジスタの静特性
- 目的 ｐｎ接合ダイオード、トランジスタ（バイポーラ、ＦＥＴ）の静特性を測定し、それらの動作を理解する。 原理 ｐ形半導体とｎ形半導体を接合したｐｎ接合ダイオード（図１）はｐ側に正の電圧を印加した時に大きな電流が流れ（順方向）、逆極性（逆方向）では殆ど電流は流れない（図２）。その電流電圧特性は、理想的には（１）と書かれる。ただし、ｑは電荷素子、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。また、 は飽和電流と呼ばれる定数である。 逆方向の電圧を上げていくと、ある限界電圧を超えると急激に電流が増加する（降伏現象）。これには、可逆現象としてのトンネル効果に基づくものと、電子なだれ効果に基づくものとがあるが、降伏時の動抵抗は極めて小さく殆ど一定電圧で電流が急増する。可逆的降伏現象を用いたダイオードをツェナーダイオード（定電圧ダイオード）と呼び、振幅制限などに利用される。 図１ pnp接合ダイオード（順方向接続） 図２ pn接合ダイオードの電流電圧特性 トランジスタとは半導体を利用した３端子素子で、入力端子の電流あるいは電圧により出力端子の電流を制御するものである。 バイポーラトランジスタは図３（a）のようにｐｎ接合を２つ組み合わせてpnpあるいはnpn構造とし、エミッタ領域から中央のベース領域に注入された少数キャリア（npnでは電子）がコレクタ領域に拡散（濃度差に起因する力）及びドリフト効果（電界の力）で流れ出る現象を利用し、エミッタ電流あるいはベース電流でコレクタ電流を制御するものである。
- レポート 理工学 ダイオード トランジスタ 静特性
- 550 販売中 2006/03/30
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ダイオードの基本特性に関するレポート
- １．ダイオードの基本特性に関するレポート １-０ 予備実験 （１）予備実験の目的 金属被膜抵抗の電圧－電流特性を測定し、電圧計と電流計の挿入位置による測定誤差や補正方法を学び、本実験での適切な測定方法を検討する。今回の予備実験では一般に、V-I法、I-V法と呼ばれる、電圧計、電流計の挿入位置による違いを検討した。 （２）予備実験の原理 抵抗Rにかかる電圧をV、流れる電流をIとする。 電圧計の内部抵抗をrv、電流計の内部抵抗をrAとする。 また、電流計、電圧計の測定値をそれぞれV’、I’とする。 （ａ）I‐V法の理論解析 キルヒホッフの法則から、 よって、電圧は補正の必要はなく、電流は補正の必要がある。 また、 より、 のときは とみなせる。 （追記）仮に という条件であれば、 の大きさは に＋0.1%以内の誤差があるのと同じであり、0.1％の誤差なら無視できる。 （ｂ）V‐I法の理論解析 キルヒホッフの法則から、 よって、電圧は補正する必要があり、電流は補正の必要はない。 また、 より、 のとき とみなせる。 （追記）仮に という条件であれば、 の大きさは に＋0.1%以内の誤差があるのと同じであり、0.1％の誤差なら無視できる。 （３）予備実験の実験方法 (ａ)I-V法、(ｂ)V-I法の各回路において、抵抗を10Ω、1kΩ、1MΩの3種類で電圧―電流特性の測定を行う。 電圧は0～10V とするが、各抵抗の定格の範囲に応じて注意して行う。 （４）予備実験の予想結果 オームの法則に従う場合（理想値） に従う。 I-V法による測定予想 の分だけ が理想値よりも大きくなる。 測定する抵抗が小さいほど、誤差か少なく、大きいほど誤差が増えると予想される。 V-I法による測定予想 の分だけ電圧V’が理想地よりも高くなる。 測定する抵抗が大きいほど、誤差が少なく、小さいほど誤差が増えると予想される。 （追記）（５）予備実験の結果（比較） （ａ）I-V法、V-I法、10Ω（実測9.1Ω）の電圧－電流特性の比較 （考察）テスターでの測定の誤差を除くと、I-V法、V-I法は補正を行えば、互いに同じ抵抗を使っており、同じ結果が得られるはずであるが、今回はそうはならなかった。原因は、測定中の熱損傷あるいは、読み取り誤差が考えられる。 （ｂ）I-V法、V-I法、1kΩ（実測0.992kΩ）の電圧－電流特性の比較 （考察）補正結果から求めた平均の抵抗は、I-V法は978Ω、V-I法は977Ωとなった。今回使用した抵抗は正確には977Ωである可能性がある。このことから、テスターでの測定には誤差が含まれている可能性が高まった。 （ｃ）I-V法、V-I法、1MΩ（実測0.966MΩ）の電圧－電流特性の比較 （考察）テスターでの測定の誤差を除くと、I-V法、V-I法は補正を行えば、互いに同じ抵抗を使っており、同じ結果が得られるはずであるが、今回はそうはならなかった。原因は、特に、I-V法であると考えられる。なぜならば、実際の抵抗に流れる電流よりも、補正する電流の方が10倍もあり、補正結果に乱れが生じたのではないかと思う。 （６）考察まとめ 電流計、電圧計の挿入位置による誤差は、単なる抵抗の大小ではなく、使用する測定レンジとの関係が重要であることがわかった。 基準としては、I-V法は（電圧計の内部抵抗）×１％未満の抵抗の測定、 V-I法は（電流計の内部抵抗）×100以上の抵抗の測定で行えば、挿入位置による誤差は１
- レポート 理工学 ダイオード 太陽電池 I-V法 V-I法
- 550 販売中 2007/04/22
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解析および実験 コンデンサの充電,ダイオード
- 結局、システム微分方程式の解は次のようになる 時刻 では の値は最終値の約６３％になる。この は「時定数（ＴｉｍｅＣｏｎｓｔａｎｔ）」と呼ばれ、システムの応答の速さを示す大切な値である。 微分方程式を作る過程で とおいたことを思い出すと、時定数はコンデンサの容量と抵抗の積であることが分かる。 上で求めた解に 、 、ｔを代入し値が理論値である。 実験値と理論値の差は電池、抵抗コンデンサーの違いや導線の抵抗、また読み取った値の誤差によるものだと思われる。 図５の回路でダイオードは交流の正方向のときしか電流を通さないので、図６の黒線のような波になる（コンデンサが無いとき）。平滑用コンデンサCを入れると、波形は赤線や緑線のように滑らかになる。 しかし、それでも小さな波は残ってしまう。この波のことをリップル（ｒｉｐｐｌｅ：さざなみ）という。 電源回路ではこのリップルは小さい程よい。リップルを小さくするには平滑コンデンサＣの容量を大きくする。一般に電気機器の電源回路で大きなコンデンサが使われるのはこのためである。 リップルの大きさは波の振れ幅（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｌ値）で示すのが普通である。 平滑コンデンサーを入れた時の山の間の波形が直線ではなく、前回のコンデンサーの放電曲線になっていた。 波の周期が２０[ｍｓ]となっているのは、東日本の交流電源の周波数は５０[Hz]であるから より、λは２０[ｍｓ]となる。 [実験 4.2] 全波整流回路の実験 図６の回路で波形はどのようになるかオシロスコープを使用して観察せよ。 次に、コンデンサを入れると、どのようになるか観察せよ。 (ａ)平滑コンデンサなし (ｂ)平滑コンデンサ：小(１０μＦ) (ｃ)平滑コンデンサ：大(４７０μＦ) また、どうしてこのような波形になるか、考察せよ。
- レポート 理工学 コンデンサ ダイオード 整流回路 全波整流回路 微分方程式
- 550 販売中 2005/07/20
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