ショックレーのダイオード方程式計算ツールは、理想的なPN接合ダイオードの基本方程式 $I = I_S \cdot (e^{V_d / (n \cdot V_t)} - 1)$ に基づき、ダイオード電流 $I$、順方向電圧 $V_d$、または逆飽和電流 $I_S$ の未知数を相互計算・シミュレーションするツールです。
ショックレーダイオード計算ツールの使い方
- 求める変数（計算対象）を選択 — ダイオード電流 $I$、ダイオード電圧 $V_d$、または逆方向飽和電流 $I_S$ から選択します。
- 残りのパラメータを入力 — イデアリティ係数 $n$ や絶対温度 $T$（ケルビン）などの数値を指定します。
- 計算結果を確認 — 算出された未知数とともに、熱電圧 $V_t = k \cdot T / q$ や指数項の値が表示されます。
- 動作状態をチェック — 順方向バイアス通電、遮断付近、または逆方向バイアスのいずれの領域で動作しているかを判定します。
計算公式と理論 — ショックレーのダイオード方程式
PN接合ダイオードのI-V特性（電流-電圧特性）を表すショックレーのダイオード方程式は以下の通りです。
I = Is · (e^(Vd / (n · Vt)) − 1)
Vt = k · T / q (300 K のとき約 25.85 mV)
Vd = n · Vt · ln(I / Is + 1)
Is = I / (e^(Vd / (n · Vt)) − 1)- $I$: ダイオードに流れる電流（A）
- $V_d$: ダイオードの両端電圧（V）
- $I_S$: 逆方向飽和電流（A）
- $n$: イデアリティ係数（理想因子、1〜2程度）
- $V_t$: 熱電圧（V）。ボルツマン定数 $k$、絶対温度 $T$、電気素量 $q$ より決定されます。
ショックレーダイオード計算ツールの活用事例
- アナログ電子回路設計 — 整流回路、対数アンプ、バンドギャップ基準電圧源などの動作点解析。
- フォトダイオードの解析 — 暗電流やバイアス電圧と出力電流の関係確認。
- 温度センサ・特性評価 — 熱電圧 $V_t$ の温度依存性や電圧降下の温度ドリフト計測。
- 半導体工学の学習 — PN接合ダイオードにおける指数関数的なI-V特性曲線やバイアス状態の理解。