テスターの基礎講座
3-9 ダイオードの測定
■ダイオードを測定するためには、その特性を知っておく必要があります。ダイオードは、アノード(陽極)とカソード(陰極)の二つの端子を持ち、電圧をある一定方向に印加したときだけに、電流を一方向に流す素子です。すなわち、アノードからカソードへは電流を流しますが、カソードからアノードへはほとんど流しません。これらは整流作用と呼ばれていて、最初は二極真空管(整流管)でしたが、後に半導体ダイオードが開発されます。真空管では、電極間の印加電圧極性により、カソードからの熱電子がアノードに到達するかが決まり、整流効果を得ることができます。また、半導体ダイオードでは、p型とn型の半導体が接合されたpn接合などが示す整流作用が用いられます。pn接合型ダイオードでは、p型側がアノード、n型側がカソードとなります。ダイオードには、細い帯が印刷されています。その帯側がカソードで、反対側がアノードです。電流が流れる方向の電圧のかけ方を、順方向と呼び一定電流(順方向電流)流すための電圧を順方向電圧と言います。また、電流が流れない電圧のかけ方を、逆方向と呼びその最大電圧を逆方向電圧(逆耐圧)と言います。
■導体の材料や構造により、様々な機能や特性を持つダイオードがあります。一般整流用ダイオード(シリコンダイオード)は、電気を一方向にだけ流し、電源回路や保護回路などに使用します。検波用ダイオード (ゲルマニウムダイオード)は、無線信号から音声信号を取り出し、ラジオなどの無線機器などに使用します。定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)は、逆方向に電圧をかけると、一定の電圧で電気が流れる「ツェナー現象」を利用し、電源回路やノイズ源として使用します。フォトダイオードは、光を感知すると電流が変化し、センサーや光通信などに使用します。定電流ダイオードは、電圧が変化しても電流を一定に保ち、LEDを点灯する定電流回路などに使用します。また、最も身近なLED(Light Emitting Diode)もダイオードの仲間です。
■テスターによりダイオードを検査できる機種もあります。デジタルテスターでは、ファンクションスイッチでダイオード検査モードを選択します。ただし、ブザーで導通検査をする導通チェックモード(「2-4 抵抗(導通)の測り方」参照)などの他のファンクションと混在モードになっていることが多く、さらにファンクションボタンでダイオード検査モードを選択します。そして、ダイオードのカソードに黒のテストピンを、アノードに赤のテストピンを当て順方向電圧を測定します。一般的にゲルマニウムダイオードやショットキーバリアーダイオードでは0.1Vから0.6V、シリコンダイオードでは0.4Vから0.9Vの範囲にあります。これよりも高い値の場合は、正常でない可能性が考えられます。また、値がゼロや極端に低いとにきは短絡不良、「0.L」や「0.F」の場合には断線不良と考えられます。次に、テストピンを入れ替えて、逆方向電圧を測定します。しかし、ダイオード検査モードの端子間開放電圧はDC約3V(PC710ではDC3.5V以下)で、ダイオードの逆方向電圧は数十Vと高いため電流が流れません。すなわち、電流が流れないことを確認します。「0.L」や「0.F」の場合にはダイオードは正常と考えられます。しかし、他の値では短絡しているなどの不良の可能性が考えられます。
■アナログテスターでは、ダイオード検査モードがありませんので、抵抗測定モードを使います。また、アナログテスターでは、抵抗測定モードと抵抗レンジがセットになっていますので、アナログメーターの針がよく振れる最低レンジを選びます。テスターの種類やレンジにより異なることがありますが、抵抗測定モードの端子間開放電圧は、DC約3V(CX506aではDC3V、ただし10kレンジのみDC12V)です。そして、「2-7 アナログ向きの使い方」で解説したように、アナログテスターの抵抗測定モードでの極性が、測定端子の記載と逆になっています。赤のテストピンにはマイナス、黒のテストピンにはプラスの電圧がかかっています。すなわち、アナログテスターでダイオードを検査する場合は、デジタルテスターとは反対にテストピンを当てます。順方向では導通があり、逆方向では∞(無限大)となり電流が流れないことを確認します。
■ところで、LEDの測定ですが、デジタルテスターではダイオード検査モードでLEDを検査することができます。LEDのカソード(短いリード)に黒のテストピンを、アノード(長いリード)に赤のテストピンを当て順方向電圧を測定します。赤色や緑色LEDは、順方向電圧(約1.8V)を表示しLEDが点灯します。しかし、青色や白色LEDの順方向電圧は約3.6Vありますので、点灯はしますが表示は「0.L」や「0.F」となります。「4-10 さらにテスターを活用する方法」では、青色や白色LEDの順方向電圧を測定する方法について解説します。一方、アナログテスターでは、抵抗測定モードで点灯検査を行います。テスターの赤をカソードへ、黒をアノードへ接続して点灯を確認します。しかし、前述のように抵抗測定モードの端子間開放電圧は、テスターにより異なります。たとえば、端子間開放電圧が2.0Vのときには、青色LEDの順方向電圧より低いため点灯しません。テスターの説明書には、端子間開放電圧の記載があると思いますが、「2-7 アナログ向きの使い方」で説明したように、抵抗測定モードのときのテスト棒間の電圧と極性を確認しておくことをお勧めします。また、デジタルテスターPC710では、抵抗測定モードの端子間開放電圧はDC1.2V以下ですので、LEDの点灯検査には適しません。
【参考文献】
内田 裕之、小暮 裕明 共著『みんなのテスターマスターブック』オーム社、2015年11月20日(第1版第2刷)
三和電気計器『CX506a MULTITESTER 取扱説明書』(13-1405 2040 2040)
三和電気計器『PC710 DIGITAL MULTIMETER 取扱説明書』(04-1405 5008 6010)
『テスターの基礎講座』の目次
第1章 テスターの概要
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1-1テスターとは何をするもの?多くの人は、テスターと言われると、店頭などで化粧品の特長や使用性を体感するためのお試し用店頭見本や、コンピューターのソフトウェアなどを動作検証する人を思い浮かべるのではないでしょうか。
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1-2テスターで何がわかるの?テスターで測れる基本的な値は、抵抗(導通)、電圧と電流です。いったい、それらを測定して、電気・電子回路の何がわかるのでしょうか。
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1-3テスターの種類テスターには、どのようなものがあり、何が測れるのでしょうか。まず、表示方式の違いでは、アナログメーターで表示するアナログテスターと液晶画面(LCD)で表示するデジタルテスターがあります。
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1-4アナログテスターの仕組みと構造アナログテスターは、測定値を「アナログメーター」で表示します。じつは、このアナログメーターが「直流電流計」そのものなのです。
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1-5デジタルテスターの仕組みと構造デジタルテスターは、測定値を「液晶ディスプレイ(LCD)」などに表示します。アナログテスターは「直流電流計」でしたが、デジタルテスターは「デジタル直流電圧計」なのです。
第2章 テスターの使い方
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2-1テスター各部の名称と役割スマートフォンなどは、説明書を読まなくとも操作ができます。それは、スマートフォンで何をするのかが、解っているからできることです。
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2-2テスト棒の使い方アナログテスターもデジタルテスターも、赤と黒のテスト棒をテスター本体の測定端子に差し込み使用します。
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2-3テスターの測定値の読み方アナログテスターでは、測定の前に零位調整とゼロオーム調整が必要なことは理解いただけたかと思います。
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2-4抵抗(導通)の測り方アナログテスターで導通検査や抵抗測定を行う場合には、スポーツと同じようにウォーミングアップ(準備体操)が必要となります。
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2-5電圧の測り方アナログテスターで電圧測定を行う場合には、前節の導通検査や抵抗測定とは異なりウォーミングアップ(準備体操)は必要ありません。
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2-6電流の測り方アナログテスターで電流測定を行う場合には、前節の電圧測定と同様ウォーミングアップ(準備体操)は必要ありません。
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2-7アナログ向きの使い方デジタルテスターは、測定モードによりテスト棒を当てたときに数字が細かく変化します。そのため、安定した表示に定まるまで少し時間がかかります。
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2-8デジタル向きの使い方デジタルテスターで測定を行う場合に、アナログテスターようなウォーミングアップ(零位調整やゼロオーム調整)は必要ありません。
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2-9機種によって違う測定機能これまでは、テスターの基本機能である電圧・電流・抵抗の測定について、テスターの仕組みと構造を交えて解説してきました。
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2-10テスターでやってはいけないことアナログテスターとデジタルテスターに共通する最大の御法度は、ファンクションを電流測定モードにして電圧を測ることです。
第3章 テスターの測定方法
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3-1導通の測定デジタルテスターには、導通検査ファンクションを持っているものが多くあります。
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3-2人体の抵抗測定人体の抵抗を測ってみたことはありますか。
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3-3電池の電圧測定「1-2 テスターで何がわかるの?」では、電池が消耗していると、豆電球が明るく点灯しないことを説明しました。
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3-4家庭用電源の電圧測定家庭用コンセントに供給されている電気は、交流電圧100Vの電源です。
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3-5カーバッテリーの電圧測定電気自動車やハイブリッドカーなど、車の進化とともにカーバッテリーも大きく進化を遂げています。バッテリーはエンジンの始動など、ランプ系(ヘッドライト、ブレーキランプなど)、電装系(パワーウインドウ、ワイパー、カーオーディオやカーナビなど)に電力供給をしています。
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3-6抵抗器の測定電子部品である抵抗器には色々な種類があります。
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3-7コンデンサーの測定日本ではコンデンサー、欧米ではキャパシターと呼ばれている電気を充放電する電子部品で、色々な種類があります。
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3-8コイル・トランスの測定コイルはインダクターとも呼ばれ、線材をらせん状にクルクルと巻いた構造をしています。
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3-9ダイオードの測定ダイオードを測定するためには、その特性を知っておく必要があります。
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3-10バイポーラトランジスターの測定最近の電子機器には、トランジスター等を内部に形成したICなどのモジュールが多く搭載され、3本足のトランジスターは見かけなくなりました。
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3-11電界効果トランジスターの測定「3-10 バイポーラトランジスターの測定」では、動作に関わるキャリアが2種類あるバイポーラトランジスターをご紹介しました。
第4章 テスターの活用法
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4-1ケーブルの断線チェックケーブルには、電源ケーブル、ステレオミニプラグケーブル、USBケーブルなど多くの種類があります。
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4-2電池ボックスのチェック電子機器には電源が必要不可欠ですので、色々な電池が使われています。
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4-3ACアダプターのチェックACアダプターのチェックをする場合には、短絡することもあるため、ケーブルを前後左右に折り曲げることをお勧めしません。
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4-4USB機器のチェックUSBは、ユニバーサル・シリアル・バス(Universal Serial Bus)の略称で、コンピューターに周辺機器を接続するためのシリアルバス規格の一つです。
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4-5スピーカーとイヤホンのチェックスマートフォンやパソコン、テレビやオーディオ機器の音の出口として、スピーカーやヘッドフォン、イヤホンなどがあります。ラジオを聞くにも欠かせない、音の出口となる部品の一つです。
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4-6オーディオアンプのチェック電子工作には欠かせない、あると便利なのがオーディオアンプです。
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4-7一石低周波増幅回路のチェックラジオは方式にもよりますが、同調・高周波増幅・中間周波増幅・検波・低周波増幅・周波数変換・局部発振など、高周波から低周波までの多くの回路から構成されており、チェックするにはそれなりの知識と経験が必要です。
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4-8さらにテスターを活用する方法(LEDチェッカー)LEDは色々なところに利用されていて、もはや生活には無くてはならない電子部品のひとつです。
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4-9さらにテスターを活用する方法(磁気チェッカー)磁石は身近にあり多くの電子機器にも利用されています。
第5章 使用上の注意点、トラブル対応
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5-1初心者が扱うと危険な測定大切なテスターを壊す最大の原因は、直流電流測定モードで電圧を測ってしまうトラブルです。
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5-2テスターの故障確認方法テスターも電子機器ですので、使用していると「測定値がおかしい」、「指針が振れない」、「電源が入らない」などの故障をすることが当然あります。
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5-3テスターとオームの法則「オームの法則」とは、電圧(V)[V] = 電流(I)[A]×抵抗(R)[Ω]の関係式です。
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5-4テスターの保守方法テスターは測定器ですので、安全と確度の維持のために1年に1回以上は、保守と校正の点検を行うことをお勧めします。
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5-5テスターの管理方法テスターは、測定に使っているとパネルやケースがどうしても汚れてきます。その汚れを落とそうと、シンナーやアルコール等で拭くことはしないでください。