電子回路設計製作第5-6回課題第5 6回課題  発光ダイオード（青色（透明）、赤色（赤）、赤外（深緑））とトランジスタのベースエミッタ間の電圧電流特性を測定せよ。   以下のページに示すように、「立ち上がり電圧（線形目盛）」と「値（対数目盛）の二の観点から測定点を取得する「n値（対数目盛）」の二つの観点から測定点を取得するただし、発光ダイオードは20mA以上、トランジスタは5mA以上流さないようにすること（破壊する可能性あり）  赤外発光ダイオードの発光の様子は携帯カメラで観察可能ポイント：考え方   電圧電流特性：着目している素子に電圧を印加、その際際、どれだけの電流が流れるかが上記特性を測定するためには、様々な電圧を実際にその素子に印加し、その時どの程度の電流が流れているかを測定すればよいが、、、   しかし、キットには3V（もしくは1.5V）の電源しかない 3Vを分配する必要がある    既知の抵抗を利用する（3Vのうちいくらかが抵抗に分配される）既知の抵抗を利用する（3Vのうち、いくらかが抵抗に分配される）どのような回路を組めば良いか、また、どのように電圧と電流を測定するかダイオードを壊さないようにするには、どのくらいの抵抗から始めれば良いか（安全策で進める）ポイント：回路図 VR=3-V 3-VLED 抵抗 VLED=00.77～22.8V：素子の種類によって決まる 8V：素子の種類によって決まる各種LED 単三乾電池2個 3V ●LEDでは、立ち上がり電圧を超えるとそれ以降は、わずかな電圧増大で電流が大幅に増大する（次ページ、電流・電圧特性参照） ●抵抗に印加する電圧は、電源とLEDによってほぼ決まる。また抵抗に流れる電流は印加電圧と抵抗値によまた、抵抗に流れる電流は印加電圧と抵抗値によって決まる（オームの法則）決まる（オムの法則）ダイオードの電圧電流特性①「立ち上がり電圧」線形目盛順方向では、ある電圧（立ち上がり電圧）を超えると急激に電流が流れ出し発光しはじめると急激に電流が流れ出し、発光しはじめる。ダイオードはpn接合でできており、整流作用あり。 ○電流流れる：層（長い端子）からn層（短い端子） ○電流流れる：p層（長い端子）からn層（短い端子） ×流れない：n層からp層立ち上がり電圧は材料によって異なる立ち上がり電圧は材料によって異なる。発光する波長（色）も材料によって異なる。発光しないダイオード（シリコン）もある。立ち上がり電圧例青色LED（透明）：2.8V 赤色LED（赤）：1 8V 赤色LED（赤）：1.8V 赤外LED（深緑）：1.0V トランジスタB-E間：0.6V ダイオードの電流電圧特性②「n値」 100 n=2  eV  I  I s exp   nkT  n=1 電電流（ｍA） 10 Isとnは未知数、ただし、 1 2.5 2.6 2.7 0.1 0.01 電圧（V）対数目盛 2.8 2.9 n 1~ 2 （左図傾きに着目） e：電荷素量：1.6×10-19（C） 23（J/K） k ボルツマン定数 1 38×10-23 k：ボルツマン定数：1.38×10 T：温度：300（K）対数目盛でプロットすると直線になり、その傾きからn値が算出できる。（10mA以下で2桁程度の範囲で測定する必要あり。）レポート    測定に使用した回路を図示、説明せよ。各電流電圧特性を各目盛（線形、対数）でグラフ化せよ。考察  測定結果から各ダイオードの立ち上がり電圧を求めよ。    各波長の発光ダイオードの立ち上がり電圧時に電子1個が発光ダイオードへ運ぶエネルギーを求めよ。ギ青色は約470nm、赤色は約680nm、赤外は約1300nmの光を発している。各波長における光子1個のエネルギを求め、上記、二つのエいる。各波長における光子1個のエネルギーを求め、上記、二つのエネルギーの関係を考察せよ。測定した各ダイオードのn値を算出せよ。  n値について調査し、実験結果と比較せよ。トランジスタ端子がある側から見た図 C:コレクタクタ B:ベース（p層） E:エミッタ（n層） 7 エミッタ接地静特性 2SC1815の例トランジスタにおけるダイオード部分（B-E間）の特性 2-8 抵抗値の読み方色金数字－乗数 0.1 許容差（%） ±5 － 0 1 0.01 ±10 1 10 ±1 2 3 4 100 1k 10k 5 6 7 100k 1M 10M 8 9 100M 1G 銀黒茶赤橙黄緑青紫灰白9 例抵抗器の読み方茶黒黄金 ±2 1 0 10k ±5 100k 許容差±5% キット内抵抗             １０Ω 誤差５% ３本２０Ω 誤差５% 1本４７ Ω 誤差５% 1本８２Ω 誤差５% 1本１００Ω 誤差５% ４本２００ Ω 誤差５% 1本４７０ Ω 誤差５% 1本８２０ Ω 誤差５% 1本１ＫΩ 誤差５% ５本２ＫΩ 誤差５% 1本４．７ＫΩ 誤差５% 1本８．２ＫΩ 誤差５% 1本 10             １０ＫΩ ０誤差５% ３本２０K Ω 誤差５% 1本２４ＫΩ 誤差５% 1本３３ＫΩ 誤差５% 2本４７ＫΩ 誤差５% 1本８２ＫΩ 誤差５% 1本１００ＫΩ 誤差５% ４本１２０ＫΩ 誤差５% 1本２００ＫΩ 誤差５% 1本４７０ＫΩ 誤差５% 1本８２０ＫΩ 誤差５% 1本１ＭΩ 誤差５% 1本計39本