ダイオードの計測時の電圧計について

質問

こんばんわ

ダイオードの順方向特性と
逆方向特性の実験において、

電源装置ー↓ーーーー電流計ーーーー↓ーーーーーー↓
　↑　　　電圧計1　　　　　　　　　　　　電圧計2　　　　ダイオード
　↑　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　↓　　　　　　　　　↓
　－－－－－－－－－－－－－－－－－－ーーー－－－
このような実験回路で行う場合
電圧計の位置が、順方向の場合は電流計よりダイオード側（２側）に
逆方向特性の場合は電源装置側（１側）になる理由を教えてください！
おねがいします

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

【順方向の場合】
電圧計を電源側に入れると
　　　電圧計で測定した電圧（V1） = 電流計の電圧降下（V1-V2） + ダイオードの電圧（V2）
となりますが、順方向では流れる電流が大きいため
　　　電流計の電圧降下（V1-V2） << ダイオードの電圧（V2）
と言えなくなってしまいます。つまり、測定された電圧が、ダイオードの電圧より大きくなってしまいます。

　　　　V1　　I →　　　V2
　＋ ─┬─ 電流計 ─┐
　　　　電　　　　　　　　　│
　　　　圧　　　　　　　 　 ▼ ↓ I
　　　　計　　　　　　　　　│
　- ─┴──────┘0V

電流の大きさによってV2 はあまり変化しませんが、V1-V2 は電流の大きさに比例するので、流れる電流が大きい（0.1mA～100mA）順方向の測定では、V1-V2 の影響を受けないように、以下のようにダイオード側に電圧計を入れます。

　　　V1　　I →　　　V2
　＋ ── 電流計 ─┬─┐
　　　　　　　　　　　　電　　 │
　　　　　　　　　 I1↓圧　　 ▼ ↓ I2
　　　　　　　　　　　　計　　 │
　- ───────┴─┘

こうすれば、電圧計で測定している電圧はV2だけで、電流計の電圧降下 V1-V2 の影響を受けません。電圧計の内部抵抗は無限大ではありませんが、順方向のときのV1は 0.6V程度と小さいので、電圧計内部を流れる電流 I1 は非常に小さく、ダイオードを流れる電流 I2 に比べて無視できて
　　　電流計で測定される電流（I）≒ダイオードを流れる電流（I2）
となります（≒は、ほぼ等しいという意味）。

【逆方向の場合】

　　　V1　　I →　　　V2
　＋ ── 電流計 ─┬─┐
　　　　　　　　　　　　電　　 │
　　　　　　　　　 I1↓圧　　 ▲ ↓ I2
　　　　　　　　　　　　計　　 │
　- ───────┴─┘

この場合、上図のように、ダイオード側に電圧計を入れると、電流計で測定される電流 I は
　　　I = I1 + I2
となるのは順方向の場合と同じですが、この場合、I2 が非常に小さく
　　　I1 << I2
と言えなくなってしまい、電流計の測定値が I2 よりかなり大きくなってしまいます。逆方向の測定では V2 が数Vと大きいので、電圧計内部を流れる電流 I1 が、順方向の場合よりも大きくなるからです。

そこで、下図のように、電圧計を電源側に入れれば、電流計で測定される電流は I1 だけになります（ I = I1 ）。

　　　　V1　　I →　　　V2
　＋ ─┬─ 電流計 ─┐
　　　　電　　　　　　　　　│
　　　　圧　　　　　　　 　 ▲ ↓ I
　　　　計　　　　　　　　　│
　- ─┴──────┘0V

逆方向の場合、I の大きさ自身は非常に小さい（μA以下）なので、電流計の内部抵抗による電圧降下 V1 - V2 は非常に小さく
　　　V1 ≒ V2
とみなせます。したがって、逆方向の測定では上図のような配置にするわけです。

電流計の内部抵抗を 0.1Ω、電圧計の内部抵抗を 1MΩ として計算してみましょう。
２番目の図で、電圧計を流れる電流は 0.6V/1MΩ = 0.6μA となりますが、これは、ダイオードを流れる電流に比べて充分小さいので
　　　電流計の測定値≒ダイオードを流れる電流
となります。逆方向の場合、４番目の図で、I = 1μA とすれば
　　　V1 - V2 = 0.1μV
ですから、V1≒V2 となります。

今時の電圧計（デジタルマルチメータ）は内部抵抗が非常に大きいので、ダイオード側に電圧計を入れてもほとんど誤差は出ないと思いますが、学生実験では未だにこういうことをしているのでしょうか。

回答No.1

gonbee774

電流計は理想では内部抵抗ゼロです。
また、電圧計は理想では無限大の内部抵抗を持ちます。

でも実際には違いますね。
この影響を小さくするためです。

（順方向と逆方向では流れる電流が桁違いですよね。）