包絡線検波器（ダイオード検波器）の理論解析３（実測編）

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では、これらの理論を踏まえた上で、実測した結果の一部を紹介します。ダイオードに１Ｎ６０、ほぼ無負荷の状態では、理論値とよい一致を示しました。

測定回路は下図のとおりです。安価な測定器を使用しているため、それなりの誤差はあるものと思ってください。

図６．１Ｎ６０測定回路（無負荷）

図７．１Ｎ６０検波器（無負荷時）の特性。

ここで、あらかじめ測定しておいた１Ｎ６０の静特性は、表１の通りです。Ｖ-Ｉ特性の測定後、ダイオード＋内部抵抗の回路モデルを仮定し、非線形最小２乗法（っぽい手法）によって求めました。

図８．１Ｎ６０のダイオード特性。

測定する電流範囲や周囲温度によって、算出される $V_T$, $I_s$, $r_d$ はコロコロ変化しますので、まぁ参考程度です。

出力側に抵抗Roを接続して検波器に負荷をかけると、当然ながら出力電圧Voは減少します。実験の結果、負荷が重いほど理論値との乖離が出てきました。

図９．１Ｎ６０負荷特性測定回路

図１０．１Ｎ６０負荷特性

ほぼ、理論どおりの結果が得られました。

誤差も平均で1%程度と、測定器誤差を上回るため良好な結果といえるでしょう。

小信号領域では、理論どおりですが、大信号領域になると測定値に低下傾向が見えました。

0.5V以上の入力振幅において、その低下率はおおむね10%です。

さらに負荷を重くすると、大信号領域での低下率が大きくなりました。

0.5V以上の入力振幅において、その低下率は40%一定ですが、小信号では比較的よい一致を示します。

• 負荷が軽いと、ほぼ理論値どおりの出力となる。
• 負荷が重くても、微小信号なら理論値に近い。
• 負荷に比例して、大信号領域での低下が顕著となる。

この理論値以上の低下原因はまだ完全に解明できていません。

少なくとも、回路内のＤＣ電流値とかなり強い相関があり、ほぼ完全に１次比例していることから、ダイオードの内部抵抗成分によるものが主だろうと推測しています。

一例として、1N60以外の内部抵抗が小さいダイオードで実験してみると、低下具合が緩和されます。

下図はrd=2.6Ωという、もの凄く低いrd実測値が出た2SA50による検波結果です。（2SA50はGeトランジスタですが、B-E間短絡によるダイオード接続で使用。1N60は点接触によるSchottky型デバイスですが、この場合はPN junction型デバイスとなる違いあり。）

超優秀な特性に見える2SA50では、1kΩの負荷でも20%程度の低下で済んでいます。低い直列抵抗、高い飽和電流、逆方向漏れ電流（オーム性）の少なさ、素晴らしい対数直線性…最近のSiショットキーバリアダイオードでもこんな凄い特性出ないし…。ただ、指で触れただけで特性が大きく変化する温度特性には驚きました。ま、50年ほど前のデバイスですしねぇ。

まぁ、ゲルマ／鉱石ラジオとしては、ここまで低いRoを使用することは滅多に無いことですので、さほど心配は必要ないでしょう。強いて言えば、強電界地域でスピーカを駆動するような環境ならば、ダイオードの選択によって成否が分かれると思います。

この電圧降下の詳細は今後の探求課題ですが、大雑把には、1kΩまで負荷抵抗を下げると、大信号における入力インピーダンスが低くなるため、直列抵抗成分と信号源インピーダンスがＲＦ入力電圧を下げてしまう影響が大きいようです。

他にも、オシロスコープで観測したときに波形の頭がやや欠けている様子が見えたので、振幅測定値自体にも平均値AC測定器を使用する誤差も生じているようですし、信号の大きさで $V_T$ や $I_s$ も変わるように感じているので、この辺は今後、じっくりと追及していこうと考えています。