ダイオードの基本特性に関するレポート

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資料紹介

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