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2018.10.24

A-0086. ダイオードに関する話 — TT

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ダイオードに関する話

発行:エスオーエル株式会社
http://www.sol-j.co.jp/

連載「X線CTで高精度寸法測定!?」
2018年10月24日号 VOL.086

平素は格別のお引き立てを賜り、厚く御礼申し上げます。
X線CTスキャンによる精密測定やアプリケーション開発情報などをテーマに、
無料にてメールマガジンを配信いたしております。

◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇◆◇



今回は、ダイオードについて何かを書こうと思い、
テーマを絞ろうと思案を巡らせていましたが、

ダイオードに関連する話題は非常に多岐にわたり、
しかもテーマを絞ったとしても、それぞれ奥が深い
ということから、

ダイオードに関係する取り留めのない話を書くことにしました。

ダイオードとはどんな電子部品か説明するというテーマを選ぶと
「それは、電流を一方方向にしか流さない部品です。」
の一文で終わってしまいます。

それではつまらないので、
ダイオード方程式の導出を書いてみようと取り掛かったのですが、
とても書き切れないということが分かり、断念しました。

ダイオード方程式は、

  J = Js { exp(qV/kT) - 1 }

と書ける 電圧Vと電流J の特性式です。

exp(qV/kT) のような関数が出てくると、
それを見た人間の脳は何らかの反応をします。
見慣れていなければ、身構えてしまうと思います。

もし、exp(x) に抵抗がなければ、

  y = a{ exp(x) - 1 }

を描いてみることで、
この式がどんな特性を表現しているのか分かると思います。


また、量子力学を基礎とした固体物理学を勉強したことのある人は、
exp(qV/kT) は頻繁に出てくる関数なので、
これをひとまとまりのパターンとして認識できると思います。

そうすると、

  (電流) = (定数)×{ (よく見かける関数) - 1 }

のように単純に見えてきます。


このように、難しい物事を難しいまま理解するのは大変ですが、
脳がパターン認識できるように学習すると、
難しい物事を単純なものに分解して見ることができるようになるので、
理解が容易になります。


ダイオード方程式の導出をやろうとすると、
拡散方程式と呼ばれる

  (∂/∂t) n  = D(∂/∂x)^2 n

のような偏微分方程式を解く必要が出てきます。

更には、電子などの振る舞いを理解するのに、
シュレーディンガー方程式

  { -K(∂/∂x)^2 + V(x) } U(x) = E U(x)

を使えることが必要です。
これも偏微分方程式です。


道のりは遠いように感じますが、
微分方程式のパターン認識が定着すると、
理解が楽になります。

そして、ダイオードで pn接合 が分かるようになると、
発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード、
さらには、トランジスタやその他多くの半導体素子の
理解が加速的に進みます。


最後に、この記事を書くに当たり、
ダイオード方程式に出てくる ボルツマン定数 k を
テーマにしようとも考えました。

そして、ボルツマン定数について、
最近のニュースを調べてみると、
2019年に定義が変更されるという情報がありました。

単位系の定義については、
とても興味深い話題が多いので、
今後も紹介したい話題は尽きません。


メルマガは、書き始めるまではテーマ選びや構成を考えるのが
苦痛に感じることもよくありますが、

書き始めると、書きたいことが結構湧いて出てきます。

その勢いで何回か分を書き貯めておくと、
しばらく楽をできるのですが、

しばらく書かないと、
あれ?この前は、書きたいことがたくさんあったはずのに
いざ書こうと思うと筆が進まないなぁ
というところからのスタートになります。


--
高野智暢


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◎以下の展示会に出展します◎

・JIMTOF2018(第29回日本国際工作機械見本市)
   日程:11/1(木)~11/6(火)
   会場:東京ビッグサイト東7ホール【E7007】 
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