ダイオードの使い方（1）

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1 2012 CDTLab 回路設計ノウハウノート file: ダイオードの使い方 1 回路理論 完成 シミュレーション 電子回路設計技術 検証 回路設計 試作実験 [ ダイオードの使い方 (1)] す 小信号ダイオードや汎用ダイオードの使い方に関しての ノウハウをまとめていま

2 目次 1. 小信号 汎用ダイオードの使い方 ダイオードによるIC 入力への過電圧保護 電源電圧が異なる IC を使うときの ダイオードによる過電圧保護 ダイオードによる IC 出力側でのサージ電圧保護 1.2 OPアンプの入力保護 ダイオードによる非反転入力 OP アンプ回路の入力保護 ダイオードによる反転入力 OP アンプ回路の入力保護 接合型 FET による OP アンプの入力保護 1.3 ダイオードによる誘導性負荷回路の半導体保護 ダイオードによるリレー制御回路のトランジスタ保護 ダイオードによる直流モータの制御回路の保護 1.4 ダイオードによるバイアス回路 ダイオードによるトランジスタ増幅回路のバイアス回路 ダイオードによる SEPP 回路のバイアス回路 トランジスタのダイオード接続の活用 1.5 ダイオードと三端子レギュレータの活用 三端子レギュレータ IC の保護 1.6 リミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) 抵抗とダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) OP アンプとダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) 1.7 OP アンプとダイオードによる理想ダイオード回路 1.8 OP アンプとダイオードによる絶対値回路 1.9 発振回路の振幅制限 2. ツエナー ダイオードの使い方 2.1 ツエナー ダイオードによる簡単な定電圧回路 2.2 トランジスタ + ツエナー ダイオードによる簡易定電圧回路 ( 無帰還型 ) 2.3 トランジスタ + ツエナー ダイオードによる負帰還型定電圧回路 2.4 OP アンプ + ツエナー ダイオードによるフィードバック型定電圧回路 2.5 リミッタ回路に使う

3 2.5.1 抵抗とツエナー ダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) OP アンプ回路でのツエナー ダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) 2.6 保護回路への使用 3. 定電流ダイオードの使い方 3.1 定電流ダイオードの基本的使い方 3.2 定電流を大きくする 4. 発光ダイオード (LED) の使い方 4.1 抵抗によるLEDの駆動回路 4.2 逆耐圧の保護 4.3 LEDの駆動回路 4.4 複数接続での点灯 4.5 スイッチング レギュレータICによる定電流駆動 5. 高周波用ダイオードの使い方 5.1 P ダイオードとは 5.2 Pダイオードによるスイッチ回路 5.3 Pダイオードによるアッテネータ回路 5.4 可変容量ダイオードの使い方 基本的な使い方 可変容量ダイオードによる並列共振回路への応用 周波数可変 LC 発振回路への応用 周波数可変水晶発振回路への応用 5.5 ショットキー バリヤ ダイオードによる検波回路 5.6 ショットキー バリヤ ダイオードによるミキサ回路

4 1. 小信号 汎用ダイオードの使い方 ダイオードによるIC 入力への過電圧保護過大入力信号や静電気のサージ電圧などで IC の入力ラインや IC の破壊や誤動作を防ぐために 小信号用のダイオードを図のように電流制限用の抵抗 と一緒に用いることがあります この回路では 入力に過大入力電圧が入った場合 抵抗 から ダイオード または を流れ 電源ラインまたはグランド ラインに電流が流れ IC 内部を保護します したがって抵抗 は 考えられる過大信号に対して または に流れる電流が 及び の最大電流を超えないように選びます もちろん IC 自体 ( 点線の内部の,D3,D4 の保護用の抵抗やダイオードが入っている場合も多いのですが IC 内部の抵抗やダイオードは電流容量が大きくありません そこに過大な入力電圧 電流が流れると正常な動作をしなくなります 極端な場合は IC 自体が破壊することもあります また D3,D4 は基本的に順電圧約 0.6~0.7V のダイオードであるので 外部の保護用としての, は順電圧が小さいものや 接合容量の小さな高周波用ショットキー ダイオードがベターです ここで 抵抗 は 大きければ大きいほど IC の保護効果は大きくなりますが, の接合容量 更に IC の入力容量と RC フィルター回路を構成するので 高域周波数特性に影響が出ない範囲にする必要があります また IC の入力抵抗が小さい場合 入力信号が分圧され 必要な入力信号レベルが得られないことにもなるので注意が必要です ここでの IC はアナログ用の IC の他 CMOS ロジック用 IC などのディジタル 用 IC でも同じ入力電圧や入力信号の過電圧 また静電気によるサージ電圧による 静電破壊も防ぐ効果が期待できます

5 1.1.2 電源電圧が異なる IC を使うときの ダイオードによる過電圧保護下図のように IC1 の電源は ±15V IC2 の電源が +5V などの場合 IC2 の入力電圧が過大になる場合がある 抵抗 がある程度大きい場合 がなくても IC2 を破壊することはないが 動作が正常ではなくなる このような場合は IC2 に AD コンバータ用 IC や CPU の AD 入力の場合がある そこで IC2 の入力電圧が 0~+5.0V の範囲を超えないように 及び を入れる必要がある この場合も, にはショットキー ダイオードなど順電圧が 0.6V 以下のダイオードを使用する 1S1886 V1-pos 1K -anode 5 V2 V1 1S1886 C1 100p file : Diode limiter.sxsch また抵抗 は IC2 側の入力条件を満足している必要がある 特に AD コンバータなどでは 入力インピーダンスの制限がある場合が普通なので 注意が必要です 上のシミュレーション回路では 次段の IC の入力容量が 100pF と仮定したシミュレションであり 抵抗 が大きいと波形が歪むことが分かる シミュレーションの詳細は シミュレーション事例集 2(Diode limiter.sxsch) を参照

6 1.1.3 ダイオードによる IC 出力側でのサージ電圧保護 IC の信号ラインの過電圧対策には 出力側の保護が必要な場合がある IC の出力ライン側から 静電気のサージ電圧が入り込み IC を破壊することがある この場合も 図のような抵抗 及び により サージ電流を GND や電源ラインに流してやる また抵抗 は 一般的に過負荷に対する保護として入れることが一般的であるが 次段のインピーダンスや周波数特性を考慮にして決定する 1.2 OPアンプの入力保護 ダイオードによる非反転入力 OP アンプ回路の入力保護 15V IC1 R3-15V 非反転動作では 一般の IC の入力保護と同様に 抵抗 及びダイオード, により過度的な電流を + 電源ラインや- 電源ラインに流す方法が効果的である この場合 ダイオード の接合容量及び IC の入力容量と抵抗 の時定数が 高域周波数特性に影響を与えないような, 及び抵抗 の値を選択 する必要がある また 高入力インピーダンスの OP アンプを使用する場合 ダイオード, は 接合容量が小さく 逆電流が小さいものを選択する必要がある ダイオードによる反転入力 OP アンプ回路の入力保護 OP アンプによっては 図のように + 入力と - 入力の間に保護用ダイオード (D3,D4) が入っているものがある また 反転増幅回路の場合 + と -の電位差はゼロとなるように負帰還がかかるので 通常の入力電圧の場合は問題がない しかし 瞬時的に D3 及び D4 の耐電流を超えるようなことがある場合や コンパレータ的な動作をさせる場合は 図のように抵抗 及びダイオード. による 入力保護回路が有効となる

7 1.2.3 接合型 FET による OP アンプの入力保護 OP アンプの高入力インピーダンス回路において 15V IC1 Q2 R3-15V のようにダイオードで入力保護回路を構成する場合 逆電流が少ないものが必要となる 接合容量が少ない 高速スイッチング用ダイオードでは 逆電流が少ないものが少ない そこで 接合型 FET を図のようにソースとドレインを接続したものは 逆電流が少ないダイオードとみなすことができる 一般的な 2SK30A などでは この接続の逆電流は温度により変化するが 常温では十数 pa~100pa 程度である 1.3 ダイオードによる誘導性負荷回路の半導体保護 ダイオードによるリレー制御回路のトランジスタ保護誘導負荷であるリレーをドライブする場合 図 はリレー RL が ON し リレーコイルに電流が流れている状態となる ここで トランジスタ が OFF の状態になると コイルに蓄積されたエネルギーにより サージ電流が発生する がない状態では このサージ電流の行き先がなく 大きなサージ電圧となり の耐電圧を超え 破壊する場合がある 図 のように がある時 サージ電流は とのループに消費され サージ電圧は の順方向電圧にクランプされ が保護される V2 10m L1 N R3 10m L2 5 V3 -collector -collector V1 10k Q2N2222 V4 10k R4 Q2 Q2N2222 図 (c) シミュレーション回路 file: elay_sw_d.sxsch 図 (c) はシミュレーション回路図で はダイオードが無い場合 Q2 はダイオ ードがある場合をシミュレーションする

8 図 (d) の上側はダイオードが無い場合 下側はダイオードがある場合で サージ電圧が抑えられていることがわかる シミュレーションの詳細は シミュレーション事例集 2(Relay_SW_D.sxsch) を参照 図 (d) ダイオードによる直流モータの制御回路の保護 下図は直流モーター M の正逆転を制御する回路で はトランジスタ, は MOS FET の場合の回路で 構成から H ブリッジ回路と言われている VCC VCC Q3 Q3 MOTER D3 MOTER D3 A B A B Q4 Q2 Q4 Q2 D4 D4 トランジスタ ドライブ回路 MOS FETドライブ回路 これは と Q4 が同時に ON となり Q2 と Q3 が同時に OFF の時 電流は A B の方向に 電流が流れる また ここで Q2 と Q3 が同時に ON となり と Q4 が同時に OFF の時 電流は B A の方向に電流が流れることにより モーター M の正転と逆転を制御できる また,Q2,Q3,Q4 が同時に OFF にはなるが 同時に ON となることは電源がグランドと短絡することになるのであり得ない ここで と Q4 が同時に ON となり Q2 と Q3 が同時に OFF の時 電流は A B の方向に電流が流れているとき 電流を向きを反転するために と Q4 が OFF になった瞬間 いままで A B 流れていた電流のエネルギーは 流れるところを失い大きなサージ電圧となり トランジスタを破壊することがある これを防ぐために,,D3,D4 のダイオードが付加している 前記の A B に電流が流れていた場合,Q2,Q3,Q4 がすべて OFF になった時 モータに蓄えられたエネルギーは グランド A B D3 電源 の方向に電流が流れ消費される 逆方向の場合も 同様に電流が流れ トランジスタが保護される 更に MOS FET の場合 その構造上寄生的にダイオードができ ダイオード,,D3,D4 として使用できる

9 1.4 ダイオードによるバイアス回路 ダイオードによるトランジスタ増幅回路のバイアス回路 10u 100k 0 Sine(0 200m C11k 0 0) V2 7k 5k R3 -collector Q2N R7 図 5k R5 N R9 10u C2 50k R6 5k R4 Q2 Q2N R8 Q2-collector 15 V1 図 で は 抵抗によるバイアス回路 Q2 はダイオード を使用したバイアス回路である 図 図 の上側は 抵抗バイアス回路の場合 下側はダイオード によるバイアス回路の場合で 温度パラメータを と変化した場合のシミュレーションである 図 下図のように ダイオード によるバイアス回路は Q2 のベース エミッタ間の温度変化と ダイオード の温度変化が打ち消しあい 温度変化の影響が少なくなることがわかる シミュレーションの詳細は シミュレーション事例集 2(Diode-Vias.sxsch) を参照 ダイオードによる SEPP 回路のバイアス回路 10k Q3 Q2N2222 Q2N2222 N4148 -emitter Q3-emitter 1K 1K N4148 R4 5 Sine(0 1 1k 0 0) V1 Q2 Q4 Q2N2904 Q2N k R3 図 タ イオート ハ イアス無図 タ イオート ハ イアス有 12 V2 12 V3 図 はトランジスタによる SEPP 回路で 及び Q2 にベース バイアス回路が無い回路 図 は SEPP 回路のバイアス回路にダイオード, を用いた例である

10 図 (c) 図 (c) のように プローブ -emitter の出力波形は 大きく歪んでいる これは トランジスタ 及び Q2 にベース バイアス電圧が無いためである またプローブ Q3-emitter の出力波形は 歪のない出力となっている これは ダイオード 及び の順方向電圧により トランジスタ Q3 及び Q4 にベース バイアスがかかり B 級動作をしていることによる シミュレーションの詳細は シミュレーション回路事例集 2(Diode_vias_SEPP.sxsch ) を 参照 +Vcc R6 4.7K 図 (c) は OP アンプを使用し R N4148 2SC1815GR Q3 2SC3421Y C5 CC て SEPP2 段回路をドライブしたヘッドホーン用アンプの Input C2 1u R3 100K 3 2 R5 R4 10K 1 U1 TL072 47K C3 5pF 1N4148 D3 1N4148 D4 1N4148 R8 100 R9 4.7K Q2 2SA1015GR 0 1K Q4 2SA1358Y Output -Vee 事例である ダイオード ~ D4 と抵抗 R7 R8 で最終段のトランジスタ Q3 Q4 のバイアス回路を構成している (c) 参考 :OP アンプによるヘッドホーンアンプの製作事例 トランジスタのダイオード接続の活用 +V CC IC1 IC2 D Q Q2 図 は Q2 のベース エミッタ間を pn 接合ダイオードとして使用できることを示している 図 はこの応用として 定電流回路に使用した例で カレント ミラー回路と言われている このメリットは と Q2 を同じトランジスタを使用 することで VBE 特性がそろったダイオードとして 使用できること 及び と Q2 を熱結合することで 温度特性の変化を受けにくい定電流回路が構成できることがある このため この回路はアナログの集積回路では多く使用されている 詳細は 電子回路設計基礎講座電子回路 (2)-5 の カレントミラー回路 を参照

11 2 GND 1.5 ダイオードと三端子レギュレータの活用 三端子レギュレータ IC の保護下図は 三端子レギュレータ IC で定電圧回路を構成した回路で 一般的にリップルを小さくするためや IC の発振を防ぐために 入出力にコンデンサが付けられる ここで出力側に容量な大きなコンデンサ C2 がある場合 入力側の電圧がゼロになると IC には通常の動作と逆の電圧 ( 入力電圧より出力側が高電圧 ) がかかり IC が破壊することがある 1 3 C1 U1 C2 これを防ぐためにダイオード を付加し コンデンサ C2 に溜まった電荷を入力側に流すことで IC を保護するものである 1.6 リミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) 抵抗とダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) R R AC_V D AC_V D D ダイオードの順方向電圧を利用してのリミッタ回路としては 過大入力保護などでよく使用される 図 は約 0.6V で信号の制限がかかり 図 の場合 (c) は 約 ±0.6V で信号のリミッタがかかる 図 (c) は 100Hz 正弦波信号を加えた時のシミュレーション結果である 図 の場合 ( 図 (c) の上側 ) 図 の場合 ( 図 (c) の下側 ) ただし ダイオードの順方向電圧は 温度により変化するんで 注意が必要である シミュレーションの詳細は シミュレーション回路事例集 2(Diode_Limit.sxsch) を参照

12 1.6.3 OP アンプとダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) +V OP R OP 左図は 前段に OP アンプによる増幅器を設置しリミッタ回路のバッファとしたものである 図 は の抵抗とダイオードによるリミッタと同じであり 図 (c) の下側のように マイナス側の信号がダイ オードの順電圧でリミッタされている 図 は ダイオード により 順電圧分上側にレ ベルシフトしたもので プラス側の信号のみが出力さ れている (c) シミュレーションの詳細は シミュレーション回路 事例集 2(Diode_Limit2.sxsch) を参照 1.7 OP アンプとダイオードによる理想ダイオード回路 OP OP 左図は OP アンプとダイオードを利用した理想ダイオード回路というものであり ダイオードの順方向電圧分がなく 0V から使用できる この回路は オペアンプの + 入力と- 入力が等しくなるように制御されるという動作原理からきており 図 の場合 正側の信号時は を通り制御され出力されるが 負側の信号の時は の逆バイアスであるので 出力はオープンとなる したがって抵抗 でグランド電位を供給する必要がある 図 (c) の上側は図 を 下側は図 をシミュレーションしたもので ゼロ電位から整流していることがわかる (c) シミュレーションの詳細は シミュレーション回路事例集 2(Ideal_Diode.sxsch) を参照

13 1.8 OP アンプとダイオードによる絶対値回路 R3 R5 R4 OP1 OP2 図 は 絶対値回路と言われるもので 理想ダイ オードと加算回路により構成されている つまり 理 想両波整流回路でもある 図 の上側は OP1 による理想ダイオードによる負側の整流信号であり 下側は加算された出力信号である 従って 抵抗 ==R3 R4= 2 の条件の時 絶対値回路が成り立つ シミュレーションの詳細は シミュレーション回路事例集 2(Absolute.sxsch) を参照 1.9 発振回路の振幅制限 C1 C2 OP R3 R4 VR 図 はウイーンブリッジ発振回路と言われるものである ここで ダイオード 及び は 振幅制限のために入れている 図 で下側は ダイオード 及び が無い場合であるが 振幅制限ができず方形波に近い 上側は ダイオード 及び による振幅制限がかかった状態である 電子回路設計基礎講座 ウィーンブリッジ発振回路 を参照

14 2. ツエナー ダイオードの使い方 2.1 ツエナー ダイオードによる簡単な定電圧回路図 は 一番簡単なツエナー ダイオードで定電圧を得る回路である これは 抵抗 を通してツエナー ダイオードに電流を流しツエナー電圧を定電圧として利用する回路である (c)4.7v ツエナー電圧 - 電流特性 図 (c) は 図 の V1 を 0~15V 変化さ せたときの ダ イオード の 電圧と電流特 性である 図のように 4.5V あたりか ら電圧の変化 が少なくなり 簡易的な定電圧回路として利用できることがわかる また ツエナー電圧領域では 電流が 比例して流れるようになるので 抵抗 で電流を制限する 前記の場合 電源 10V でダイオード電流 I1 を 5mA に設定すると で抵抗 は約 1KΩ となる = V 1 V Z I 1 また 図 (d) は温度が 0 ~50 に変化した場合の 電圧特性の変化である ツエナー電圧 が 4.7V 付近のダイオードは比較的温度特性がいい範囲であるが 図のように変化すること を考慮に入れる必要がある (d) ツエナー温度特性 回路図 は 定電圧回路の負荷 ( 出力電流 ) を抵抗 で考えたもので 図 (e) は 抵抗 を 1KΩ~10KΩに変化させた場合である 図のように 負荷を小さくすると 定電圧の領域が少なくなってしまうことがわかる 従って この回路を使用する場合 負荷電流を少なくなるように 高インピーダンスの負荷で使用することが重要である

15 図 (e) から 負荷の抵抗は 3KΩ 程度が限界のよう で 一般的に負荷に流せる電流は ツエナー電流の 30% 程度である 詳細は 電子回路設計基礎講座 ダイオ ードの種類と特徴と記号 (2) 定電圧ダイオード を 参照 (e) ツエナー電圧特性 ( 負荷の影響 ) 2.2 トランジスタ + ツエナー ダイオードによる簡易定電圧回路 ( 無帰還型 ) V1 I1 左図は 2.1 のツエナー ダイオード回路での負荷電流の 問題を改善するために のエミッタフォロワー回路と追 I2 C 加したもので の電流増幅率 hfe とすると のベース 電流 I2 は I 2 = I 1 h fe となり ツエナー ダイオードに与える影響は少なくなる ただし この回路では のベース エミッタ電圧の温度特性が直接出力電圧の変動になる欠点があるが 負帰還が無いので常に安定した動作を期待できる また ツエナー ダイオードに並列にコンデンサを付加することで ツエナー ダイオードが発生するノイズを抑えるとともに 入力からのリップルやノイズを軽減するフィルタとしても効果もある 詳細は 電子回路設計基礎講座電子回路 (3)-6a の トランジスタ + ツエナー ダイオードによる簡易定電圧回路 ( 無帰還型 ) を参照 2.3 トランジスタ + ツエナー ダイオードによる負帰還型定電圧回路 V1 R3 Q2 R4 C1 左図は 出力の電圧を抵抗 R3 及び抵抗 R4 により分圧した電圧とツエナー ダイオード の電圧をトランジスタ Q2 で比較して 出力電圧を一定にするように負帰還回路を構成した例である 詳細は 電子回路設計基礎講座電子回路 (3)-6a の トランジスタとツエナー ダイオードによる負帰還型定電圧回路 を参照

16 2.4 OP アンプ + ツエナー ダイオードによるフィードバック型定電圧回路 R3 左図は 2.3 のトランジスタ Q2 の代わりにオペアンプを使用したもので トランジスタと比べて非常に利得が大きく 安定度の高い定電圧電源が得られる DC_V OP 帰還型定電圧回路 を参照 C1 R4 詳細は 電子回路設計基礎講座電子回路 (3)-6a OP アンプとツエナー ダイオードによる負 2.5 リミッタ回路に使う 抵抗とツエナー ダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) AC_V AC_V ツエナー ダイオードを過電圧保護や入力信号の波形整形で簡易的なリミッタ回路として使用する場合がある 図 は正電圧側のリミッタ 図 は正負両側のリミッタが必要なとき使用される 図 (c) は 図 及び図 をシミュレーションした結果である 図 (c) では プローブ -anode は正側だけの信号がツエナー電圧でリミッタされ プローブ -anode では正負の電圧がツエナー電圧でリミットされていることがわかる シミュレーションの詳細は シミュレーション回路事例集 2(Zener_Diode_Limit.sxsch) を参照 (c)

17 2.5.2 OP アンプ回路でのツエナー ダイオードによるリミッタ回路 ( 振幅制限回路 ) 図 は オパンプ回路において 振幅を制限する場合使用される OP 増幅器としての利得は 抵抗 及び で設定されるが 出力信号は帰還ループに入ったツエナ ー ダイオード 及び のツエナー電圧で制限 される 図 は 4.7V ツエナー ダイオードを使用したと きのシミュレーションした結果である シミュレーションの詳細は シミュレーション回 路事例集 2(Zener_Diode_Limt2.sxsch) を参照 2.6 保護回路への使用基本的には のリミッタ回路と同じであり 過電圧 過入力信号が入った場合 回路の最大入力定格を超えないように制限することで 回路の入力に の図 または図 を設ける また トランジスタや FET などの半導体素子の過電圧保護にも使用される

18 3. 定電流ダイオードの使い方 3.1 定電流ダイオードの基本的使い方 CRD DC_V 左図は 定電流ダイオード (CRD) の基本的な使い方で 負荷の抵抗 に定電流で電流を供給するものである この場合 供給電圧はブレークダウン電圧を超えた場合急激に大きな電流が流れるので CRD のブレークダウン電圧の範囲で使用する必要がある またピンチオフ電圧以下の電圧では 十分な定電流特性が得られないので注意すする必要がある 3.2 定電流を大きくする CRD Io 左図は トランジスタと使用することで CRD 以上の定電流を取り出そうとするもので 出力電 流 Io は Icd I o = I cd V BE となる

19 4. 発光ダイオード (LED) の使い方 4.1 抵抗による LED の駆動回路 左図は LED の基本的な使い方で 順方向に電流を流すこ とだけです ここで 発光ダイオードに流れる電流 I F 順方向電圧 V F と すると 必要な抵抗 は次式で求められる = V1 V F I F ただし 順方向電圧 順方向電流は 使用する LED により異なるので LED の使用 を満足する範囲で設定する 順方向電圧は 温度係数は約 -2.3mV と同じであるが 2V~4V 程度と色によってこと なる 4.2 逆耐圧の保護 V1 LED LED は 一般的に逆耐圧は低い 従って 逆方向の電圧 がかかる可能性がある場合は 図のようにシリコンダイオー ドを並列することがある 4.3 LED の駆動回路 VCC V LED V LED 図 図 は 一般の CMOS ディジタル IC やマイクロコンピュータにより 直接 LED をドライブする場合で 抵抗一本直列に入れるだけの構成である 図 では 出力側が L レベルの時 図 は出力側が H レベルの時点灯する VCC VCC ここでは IC の出力の最大電流以上流すことはできないことを注意する必要がある 特に CPU の端子 (c) LED NPN (d) PNP LED に直接接続するものを見かけるが CPU によっては可能な場合もあるが 基本的には抵抗を介して駆動すべきである 図 (c) 及び図 (d) は トランジスタを使用して駆動する場合で 信号側の負荷が少なくなり LED の駆動回路としては基本的な回路である

20 4.4 複数接続での点灯 複数の LED を一つの駆動回路で点灯する場合 図 V1 V1 のように並列接続する場合と 図 のように直列 LED LED LED LED 接続する場合がありますが 図 は駆動電圧が高く できない場合 図 は駆動電圧を直列接続した順方 並列接続 直列接続 向電圧より十分大きくできる場合に使用される LED を並列接続した場合 LED の順方向電圧のバラツキがあるため 図 のように各々 の LED を別々の抵抗で電流を流してやる必要がある 一般的には 全部の LED を同じ電流で駆動でき 輝度の V1 CRD バラツキも少なくなり 電流の消費が少ない 図 のような LED 直列接続が用いられる D3 LED また図 (c) のように 定電流ダイオード (CRD) を用いると 電源電圧が変動する場合でも 輝度を安定させることができ (c)crd による定電流駆動 る また 定電流駆動するには 図 (c) のように レキ ュレータ IC を利用して定電流駆動することもできる この時の 電流値 Id は 7805 等の 5V 出力を使用した場合 I d = 5 (c) レキ ュレータ IC による定電流駆動 で与えられる 図 (e) は オペアンプを使用した定電流駆動例であるが 電流値 Id は I d = V z (e)op アンプによる定電流駆動 で与えられる

21 4.5 スイッチング レギュレータ IC による定電流駆動 左図は LED 制御用の IC で降圧型スイチング制御用 IC(LM3401) を使った 駆動回路の例である この回路では リニア制御の定電流回路と比べて 効率の良い定電流制御が行える また DIM 入力端子から制御信号を入れることにより LED の輝度の調節が可能である

22 5. 高周波用ダイオードの使い方 5.1 P ダイオードとは P ダイオードは P 接合の順方向電流を制御し 高周波領域の直列抵抗を可変するもので SPST(Single Pole Single Throw: 単極単投 ) スイッチや SPDT(Single Pole Double Throw: 単極双投 ) スイッチなどの用途で使われる 5.2P ダイオードによるスイッチ回路 Control Control C2 C2 L1 L1 C1 P C3 C1 C3 L2 P の伝達を制御している 図 は ダイオードの高周波抵抗でシャントするタイプである 左図は P ダイオードを利用した SPST スイッチを構成する回路で 図 はダイオードがシリーズに入り の ON/OFF により入力の信号の出力へ 5.3Pダイオードによるアッテネータ回路左図は 前記図 の回路で P ダイオードの電流 C2 Vc L1 C1 P C3 e1 L2 を Vc で制御することにより の高周波抵抗と で分圧されることにより アッテネータとして利用する場合の回路図である 5.4 可変容量ダイオードの使い方 基本的な使い方 C1 Vc VCAP Co L1 C2 Vc VCAP 図 のように 可変容量ダイオード には 逆バイアス電圧を加えることによって PN 接合容量を可変する C1 は直流電圧から分離するためのものであり 出力から見た容量は C1 と ダイオード の容量が直列接続したものとなる 図 は 抵抗 のインピーダンスが大きくできない場合や 高周波的に浮遊容量が無視できない場合 インダクタンス L1 を入れ 高周波的にインピーダンスを大きくした場合の回路である Co

23 5.4.2 可変容量ダイオードによる並列共振回路への応用左図は LC 並列共振回路 ( 同調 C1 Vc L1 C2 L1 VCAP 回路 ) で 容量 C を可変容量を変化させ 共振周波数 ( 同調周波数 ) を可変させるものである 従って図 は 図 の LC 同調回路と等価である 周波数可変 LC 発振回路への応用 VCC C1 L1 C2 C4 VCAP R3 D C3 R4 Vc Out 左図は LC クラップ発振回路において 発振周波数を可変する場合の可変容量ダイオードの使い方である 図の DC 電源 Vc を可変することで 可変容量ダイオードの容量を変え 発振周波数を可変にしている 電子回路設計基礎講座電子回路 (3)-5a LC 発振回路 を参照 周波数可変水晶発振回路への応用 Vc C1 VCAP D X XTAL R3 C2 C3 VCC R4 C4 Out 左図は 水晶発振回路の周波数を可変する場合に 可変容量ダイオードを使用する回路である ここでの水晶振動子は基本波の周波数を用いることが普通である 5.5 ショットキー バリヤ ダイオードによる検波回路 RF RF C1 C1 C1 L1 左図は ショットキー バリヤ ダイオードの低い順方向電圧特性を利用して高周波信号を検波する 信号の検出器として よく用いられる

24 5.6 ショットキー バリヤ ダイオードによるミキサ回路左図は バランスド ミクサー RF D3 LO D4 (double-balanced mixer DBM) と呼ばれるもので RF 入力信号と局部発振器 (LO) の周波数を混合し 周波数の変換する場合などの多く用いられる 参考文献 (1) トランジスタ技術 SPECIALN0.88 ダイオード / トランジスタ /FET 活用入門 (CQ 出版社 ) (2) トランジスタ技術 2006 年 2 月号特集 基礎からの LED 活用テクニック (3) トランジスタ技術 2007 年 10 月号特集 ハイパワー / 高輝度 LEDの研究 (4) アナログ基本回路の設計と製作 ( 誠文堂新光社 市川祐一著 ) CDTLab (Circuit Design Technology Laboratory)