No.2ベストアンサー
- 回答日時:
【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。
No.1
- 回答日時:
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。)
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