ダイオードI-V特性測定器作成：1. 取扱説明

2025年8月31日

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本記事の主旨

ダイオードI-V特性測定器（カーブトレーサ）の取扱説明について記す。

本記事の目的

本記事の目的を以下に記す。

  • 今回自作したダイオードI-V特性測定器（カーブトレーサ）の取扱説明を記すこと

本記事の背景

ダイオードI-V特性測定器（カーブトレーサ）を作成したため、本記事で簡単な取扱説明をする。

本記事の位置づけ

以下の流れで作業説明と解説を行った。

記事に対応したリンクを添付した。

概要説明：ダイオードI-V特性測定器作成：0. 概要 | 工事中.com

  1. 取扱説明★現在のページ
  2. 回路設計
    1. ダイオードのI-V特性を手作業で確認
    2. 回路の実装
      1. 回路の実装（PWM平滑化）
      2. 回路の実装（PWM平滑化以外）
  3. PC側ソフト設計
    1. pySerialでUSBシリアル通信
    2. Matplotlibでのグラフ表示
    3. Pythonで最小二乗法の指数関数近似
    4. openpyxlでグラフ描画と最小二乗法の指数関数近似
  4. マイコン側ソフト設計
    1. Arduino Uno Rev3 / R4 Minima
    2. Raspberry Pi Pico / Pico 2
  5. 実験
    1. 1N4148の測定でマイコンとソースの組み合わせを比較
    2. 種々のダイオードを測定
    3. 種々の高精度ゲルマニウムダイオードを測定
  6. まとめと補足

注意事項

測定対象が破壊されない保証は全くない。

環境構築

動作OS

Windows 11

Python環境

Pythonバージョン

Python 3.10.10（おそらくPython 3.10以上なら動作）

Pythonモジュール

以下を全部、pip installコマンドを用いてインストールする。

  • numpy：数値計算用
  • scikit-learn：関数近似用
  • openpyxl：Excel操作用
  • Matplotlib：グラフ用
  • pyserial：シリアル通信用

測定回路

回路

下図のように実装する。

オペアンプの電源は9[V]だが、マンガン電池を電源とした場合は実測すると70[mA]が最大電流であった。

よって、オペアンプの電源としては、アルカリ電池を使うことが好ましい。

下図のD1にあたるダイオードが測定対象であるため、入れ替えできるように作る。

部品

筆者が使ったものではないものもあるが、秋月のリンクを記した。

本章に書いた金額は、2025/08/17現在の税込み価格である。

ここに書き出した部品は金属皮膜抵抗 1/2W100Ω ±0.1%以外はよく使う部品である印象があるため、まとめ買いしても損はしないと思われる。

この行で、これらの部品があるキットのAmazonリンクを挿入したかったが、調べてもヒットしなかった。

なぜ電子工作キットにタイマ555をいれオペアンプを入れないのだろうか。

以下の広告の商品では、金属皮膜抵抗 1/2W100Ω ±0.1%とオペアンプ以外はある。

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今回の回路作成に必要最低限の個数を購入するのに必要な金額は610円、このとき単価で換算した回路に使う部品の合計金額は183円である。

単価が一番安くなるよう購入するのに必要な金額は5590円、このとき単価で換算した回路に使う部品の合計金額は125.96円である。

PC側ソフト

以下にアップロードしたソースを使用する。

マイコン側ソフト

以下の中から選択して使用する。

おすすめのマイコンは、Arduino Uno R4 Minimaである。

次に、Arduino Uno Rev3がおすすめである。

Arduino Uno Rev3

Arduino IDE用ソースファイル。

Arduino Uno R4 Minima

Arduino IDE用ソースファイル。

Raspberry Pi Pico / Pico 2

pico-sdk用CMakeファイルとソースファイル。

操作手順

以下の手順で、操作を行う。

  1. マイコンにソースを書き込む。
  2. PCとマイコンと測定回路をつなぐ。
  3. PC側ソースと同じ階層でコンソールを開き、python main.pyを実行する。
  4. 2分程度待つと、測定結果がPC側ソースと同じ階層にExcelファイルと画像ファイルの形式で保存される。

以下のような、グラフを含む結果が出力される。

Excelファイル

筆者はExcelをインストールしていないため、代わりにLibreOfficeで開いた。

画像ファイル

補足

GPUを使用したPCでLibreOfficeを使って出力されxlsxファイルを開く場合は、以下の設定をするとLibreOfficeを高速化できる。

  1. ツール > オプション > 表示 を開く。
  2. 「すべてのレンダリングにSkiaを使用」からチェックを外す。
  3. 「ハードウェアアクセラレーションの使用」にチェックを入れる。
  4. [OK]ボタンを押下する。
  5. LibreOfficeを再起動する。

前回（0. 概要）

次回（2-1. 回路設計 - ダイオードのI-V特性を手作業で確認）

他の回

「ダイオードI-V特性測定器作成 連載記事」でタグ付けを行っている。

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Posted by kojichu