シリコンダイオードとゲルマニウムダイオードに正のパルス波を加えたときの、立ち上がり時間がシリコンの方が早かったのですが、それはどういった理由によるのでしょうか?分かる方よろしくお願いしますm--m

A 回答 (3件)

追伸まで


[移動度はGeの方が高くて、エネルギー準位もGeの方が小さかったので困ってます]

移動度が大きく、エネルギー準位が低いということは、単なる抵抗体に近いということですね。ゲルマニウムベースのダイオードの静特性は抵抗体の電圧・電流特性(オームの法則)に近いということでしょうか。ダイオードに望まれるものは、エネルギー準位がそこそこ高くて、それを超えると急激に電流が流れるという性質をもつことです。シリコンベースのPN型ダイオードはその性質に合致しているということでしょう。
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実験ではスイッチング時間を見る際にパルス波を加えて大振幅動作をさせているのではないかと思います。

シリコンに比べてゲルマニウムダイオードは大電流を流しにくいので大振幅では負けてしまいます。不飽和の小信号レベルで比べてみれば違う結果が出たとは思いますが、一方でどこにでもあるようなパルスジェネレータを信号源としたのではジェネレータ自体の立ち上がり時間に隠されて本当の応答速度が出てこないという実験上の問題点もあるように思います。視点を変えて高周波信号を入力して3次高調波歪みを測定するという実験方法もあるかと思います。
さらにいえばシリコンダイオードにもショットキバリアやPinといった高速スイッチングに向いたダイオードもあるので、比較するのであれば同じ半導体構造のものをお使いください。
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参考程度に


「ダイオードの順方向VI特性」を比較するとわかります。ミクロ的には、ゲルマニウムダイオードのほうが早く立ちあがりますが、二次曲線の様相でゆっくり電流が増加します。シリコンダイオードはミクロ的にはゲルマニウムダイオードに負けるのですが0.5から0.7V付近で電流が急激に増加しますので、この付近でゲルマニウムダイオードの電流量を越えます。ということで動的には正のパルス波を加えると立ち上がり時間(規定方法によります。)はシリコンダイオードのほうがよい結果になります。
「ダイオードの順方向VI特性」で検索すると静的な電圧対電流量の比較表は見つかります。

この回答への補足

返信ありがとうございます!ダイオードの順方向VI特性でシリコンの方が早いことは分かったのですが、原子レベルで考えたとき、シリコンとゲルマニウムのどういった違いによって特性の傾きに違いが出たのでしょうか?移動度や、エネルギー準位のによるのかと思って調べてみたのですが、移動度はGeの方が高くて、エネルギー準位もGeの方が小さかったので困ってます^^;

補足日時:2003/11/07 01:01
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Aベストアンサー

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これが敷居電圧などにかかわってきます。

Geはバンドギャップが小さいので、熱励起などでキャリアが増えて、リーク電流が多いから、省エネ時代には向きません。

また、Siのコストと技術がすごいんですね。
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SiとGeの順方向特性についての実験を行いました。測定値をグラフに書いてみたところ、どうもGeの方が立ち上がりが急でした。どの教科書を見てみても、Siが急に変化し、Siはゆっくり増加する、と記してあったのですが、この実験はどこか間違っているのでしょうか。教えて頂けたらと思います。

実験内容:抵抗300Ωとダイオードを直列につなぎ、DC電源にて電圧をかけた。

Siダイオード
電圧[V] 電流[mA]
0.00   0.006
0.10   0.006
0.18   0.006
0.20   0.006
0.30   0.009
0.35   0.011
0.40   0.021
0.45   0.051
0.46   0.061
0.47   0.074
0.48   0.094
0.49   0.113
0.50   0.136
0.51   0.171
0.52   0.212
0.53   0.258
0.54   0.327
0.55   0.39
0.56   0.485
0.57   0.598
0.58   0.736
0.59   0.91
0.60   1.015
0.61   1.389
0.62   1.71
0.63   2.095
0.64   2.559
0.65   3.151
0.66   3.849
0.67   4.713
0.68   5.687
0.69   6.88
0.70   8.296
0.71   9.988
0.72   11.94
0.73   14.187
0.74   16.888
0.75   19.864
0.76   23.40
0.77   27.44

Geダイオード
電圧[V] 電流[mA]
0.00   0.009
0.10   0.009
0.18   0.119
0.20   0.212
0.22   0.433
0.23   0.633
0.24   0.899
0.26   1.809
0.28   3.59
0.30   6.836
0.31   9.386
0.32   12.117
0.33   15.668
0.34   19.899
0.35   24.87

SiとGeの順方向特性についての実験を行いました。測定値をグラフに書いてみたところ、どうもGeの方が立ち上がりが急でした。どの教科書を見てみても、Siが急に変化し、Siはゆっくり増加する、と記してあったのですが、この実験はどこか間違っているのでしょうか。教えて頂けたらと思います。

実験内容:抵抗300Ωとダイオードを直列につなぎ、DC電源にて電圧をかけた。

Siダイオード
電圧[V] 電流[mA]
0.00   0.006
0.10   0.006
0.18   0.006
0.20   0.006
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>> トランスの役目はVccの電圧を増幅している? <<

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それから、トランスの場合は「増幅」ではなく普通「変圧,昇圧,降圧」と言います。慣れないと使い分けにとまどうかも知れませんね、「増幅」は

 他のエネルギ源(電源とか)
     ↓
   ┏┷┓
入→┨  ┠→出力
力  ┗━┛

こんな状態を言う用語です。トランスは上図の「他のエネルギ源」が無く(受動素子と言います)、エネルギは素通りするだけです。

(続けて余談;しかもどちら向きにも通れます。あなたが例示した回路でも、搬送波がトランス経由で信号アンプの出力に入り込むルートもありなのです。実際そうなってしまうと、信号アンプは低周波しか対処できないのが普通なので種々の不具合が生じます。それを防ぐために、搬送波がトランスに行く前の C4コンデンサで搬送波をグランドに落としてます。トランスのインダクタンスとC4でLCローパスフィルタを構成してます。)



 なお、普通の音声信号などは直流成分が無いのでトランスで切っても構わないですが、もし直流成分も必要な場合はトランスは使いません。
 
 

 
 
>> トランスの役目はVccの電圧を増幅している? <<

 トランスは巻線相互が直流的に切り離されるので、信号側のアンプを 変調回路のVccと関係なくできるので回路設計の自由さが増します。 またトランスは 電圧を高く昇圧できるので、信号アンプを低電圧で動くアンプにできます。ご質問はこのことのようですね。


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 私、「専門家」に印つけてますが、答えられるのは「蓄積時間」
だけです。

 確認ですが、「蓄積時間 ts 」はトランジスタが ON → OFF に
なるときに要する時間でよろしいですね?

 で、その回答。
 それは「 少数キャリア蓄積効果 」のためです。

 本来、N型半導体には自由電子が、P型半導体には正孔がいる、
これはOKですね?
 トランジスタが ON のとき、ベース・エミッタの境目を通して
互いに自由電子と正孔がはいり込んできています。本来いない筈
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 これが「 少数キャリア蓄積効果 」です。

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     ~     ~     ~

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るのに部品の内部の様子を本で調べて来なさいという宿題を出さ
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にさんざん教えられたためです。
 あとの3つは、優秀な学生ではなかったんでわかりません。
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 ( 質問し直す場合、ここにも出した事をちゃんと書くように
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   れるかも知れません。)

 私、「専門家」に印つけてますが、答えられるのは「蓄積時間」
だけです。

 確認ですが、「蓄積時間 ts 」はトランジスタが ON → OFF に
なるときに要する時間でよろしいですね?

 で、その回答。
 それは「 少数キャリア蓄積効果 」のためです。

 本来、N型半導体には自由電子が、P型半導体には正孔がいる、
これはOKですね?
 トランジスタが ON のとき、ベース・エミッタの境目を通して
互いに自由電子と正孔がはいり込んできています。本来いない筈
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位相型発振回路とブリッジ型発振回路の発振条件が分からなくて困ってます。 
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位相が回ってゲインが1以上で発信するわけですが、詳しくは以下のページをご覧下さい。
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整流用ダイオードはダイオードの順方向特性を利用して、交流を直流(脈流)に変換するために使用します。一番身近な物としてはACアダプターなどで、これはトランスとダイオード、平滑用コンデンサーだけで構成されたものが多いでしょう。最近では小型化や大容量化のためにトランスを用いないスイッチング方式の物も増えていますが、これらの機器でも、交流を直流に変換するのにはやはりダイオードを使用しています。ダイオードとは素子の名称で、整流器と言う意味でレティファイヤーと呼ぶ場合もあります。一般にPN接合型シリコンダイオードが用いられ、形状としては素子を単独でパッケージした物、2つの素子をアノードコモンまたはカソードコモンの状態でパッケージした物、4本の素子をブリッジ構成に接続してパッケージした物などがあります。整流用に使用する場合は以下の点に留意する必要があります。耐電圧は十分な余裕(2~3倍程度)を取る、尖頭電流(誘導負荷や平滑用コンデンサーなど)に対して十分な余裕を持つこと、大電力での使用では放熱にも留意が必要です。また、商用電源程度の周波数であれば問題ないのですがスイッチング電源等で使用する場合は、動作速度が高速なショットキーバリア型やファストリカバリー型を使用しないと正常に動作しないばかりか、破壊にもつながります。

ツェナーダイオードは逆方向に電圧を掛けて使用します。用途としては定電圧電源の基準電圧や回路の入力保護などに用いられています。ツェナーダイオードに逆方向の電圧を印加していくと、ある電圧(ツェナー電圧)で急激に電流が流れ始めます。通常のダイオードでも逆方向に電圧を掛けていけば、ある電圧に達したところで一気に電流が流れ始め(なだれ現象)ますが、これはダイオードの破壊を意味します。ツェナーダイオードでは素子の破壊なしにこの現象が利用できる点が他のダイオードと異なります。
一番単純な使用法はツェナーダイオードと抵抗だけで構成された定電圧回路ですが、ごく少容量の回路以外ではまず使用されません。これはツェナー電圧を超えた分の電圧は全て抵抗とツェナーダイオードで消費されることになり、大電流を流すことが不可能であり、また、回路の効率も低いものになってしまいます。そこで、トランジスタなどの他の能動素子とあわせて使用し、ツェナーダイオード自体は基準電圧の発生用に使用するのが一般的です。実際の使用にあたっては、ツェナーダイオードでの消費電力(ツェナーダイオードに流れる電流×ツェナー電圧)に対して十分な余裕を見ること、余裕が少ないとツェナーダイオード自体の発熱で、電圧が変化してしまいます。通常供給されている(手に入る)物は3V~60V程度の範囲なので必要に応じて分圧回路と併用し必要な電圧得る。ゲートICなどの入力保護に用いる場合ICの電源電圧を超えない範囲でスレッシュホールド電圧に十分な余裕を取ることなどです。

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整流用ダイオードはダイオードの順方向特性を利用して、交流を直流(脈流)に変換するために使用します。一番身近な物としてはACアダプターなどで、これはトランスとダイオード、平滑用コンデンサーだけで構成されたものが多いでしょう。最近では小型化や大容量化のためにトランスを用いないスイッチング方式の物も増えていますが、これらの機器でも、交流を直流に変換するのにはやはりダイオードを使用しています。ダイオードとは素子の名称で、整流器と言う意味でレティファイヤーと呼ぶ場合もあります。一般...続きを読む


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