다이오드

다이오드

다이오드란 전류를 한쪽 방향으로만 흘리는 반도체 부품이다. 반도체란 원래 이러한 성질을 가지고 있기 때문에 반도체라 부르는 것이다.

트랜지스터도 반도체이지만, 다이오드는 특히 이와 같은 한쪽 방향으로만 전류가 흐르도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

반도체의 재료는 실리콘(규소)이 많지만, 그 외에 게르마늄, 셀렌 등이 있다.

다이오드의 용도는 전원장치에서 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기로서의 용도, 라디오의 고주파에서 신호를 꺼내는 검파용,

전류의 ON/OFF를 제어하는 스위칭 용도 등, 매우 광범위하게 사용되고 있다.

기호의 의미는 애노드측에서 캐소드측으로는 전류가 흐른다는 것을 나타내고 있다.

그래프는 다이오드의 특성을 나타낸 것이다.

순방향으로 전압을 가했을 경우, 약간의 전압에서도 순방향의 전류는 쉽게 흐른다는 것을 나타내고 있다.

순방향으로 흘릴 수 있는 전류는 다이오드에 따라 규정되어 있다. 그리고 통상적으로 사용하는 경우 다이오드 자체의 저항성분에 의해

강하하는 전압은 0.6∼1V(VF) 정도이다(실리콘 다이오드의 경우, 대략 0.6V).여러 개의 다이오드를 직렬로 접속하여 사용하는 회로에

서는 이 전압강하도 고려할 필요가 있다. 정류용으로 사용하는 경우, 순방향의 전류 허용값은 중요한 체크 포인트이다.

역방향으로 전압을 가했을 경우, 역방향 전류는 흐르기 어렵다는 것을 나타내고 있다.

역방향으로 가할 수 있는 전압은 다이오드의 종류에 따라 여러 가지가 있으므로 용도에 따라 선택한다. 그리고 역방향 전류는 매우 작어

수μA에서 수 mA이며, 다이오드의 종류에 따라 다르다.

정류용으로 사용하는 경우, 역방향의 전압 허용값은 중요한 체크 포인트이다.

(1)다이오드 브리지

교류전압을 직류전압으로 바꾸기 위해 정류용 다이오드를 사용한다. 하나의 다이오드에서는 반파정류(플러스와 마이너스가 교대로

변화하는 전압의 플러스측 또는 마이너스측 중에서 어느 한쪽만 사용한다)밖에 할 수 없지만, 다이오드를 4개 조합하면 전파정류를

할 수 있다.

4개를 조합한 것이 다이오드 브리지(diode bridge)이다.

(2)다이오드 소자

가.발광 다이오드

발광 다이오드는 여러 종류가 있으므로 용도에 맞추어 선택할 수 있다.

주로 적색, 녹색이 많지만, 청색을 발광하는 LED도 있다.

발광 다이오드의 극성의 확인 방법은 리드선이 긴쪽이 애노드, 짧은 쪽이 캐소드이다.

극성이 모르는 경우에는 1.5V의 전지를 접속하여 확인하거나, 테스터를 저항 측정 모드로 해서 확인한다.

테스터로 확인하는 경우에는 저저항 측정 레인지에서 적색과 흑색의 테스터봉을 LED가 발광하도록 다이오드의

리드에 각각 접속한다. 발광하지 않을 경우에는 테스터봉을 반대로 접속한다.

발광하고 있는 다이오드에 접속하고 있는 흑색의 테스터 봉쪽이 애노드이다.

테스터에 있어서 저항 측정 모드의 경우, 흑색 쪽에 플러스 전압이 나오고 있다.

나.제너 다이오드

PN접합의 항복(Breakdown)영역에서 동작특성이 나타나도록 제작된 다이오드로 주로 정전압용으로 사용된다.

PN반도체의 도핑레벨(Doupping Level)을 변화시켜서 2 ~ 200 [V]의 항복범위를 갖도록 해당 전압별로 제작된다.

제너(Zener)항복은 애벌런취(Avalanche)항복과 달리 다이오드가 강하게 도핑(Doupping)되면 공핍층이 대단히

좁아지므로 공핍층에서 생기는 전계의 세기가 300,000[V/cm]정도가 되면 가전자대 전자가 전도대로 충분히 끌어

올려지는데 이러한 형태에 의한 항복을 말하며, 고전계방출(Highh Field Emission)이라고도 한다.

제너다이오드의 특성에서 항복전압 Vz에 도달하기까지 역방향 전류는 무시할 수 있다. Vz에서는 급경사적으로 나타나므로 전류는 거의

수직적으로 나타난다. 대부분의 항복영역구간에 걸쳐 출력전압은 Vz와 같게된다.

제너다이오드의 소비전력 Pz는

Pz = Vz * Iz

로 표현되는데 이 값이 최대치(Data Sheet 상에 표시)이하인 경우는 제너다이오드가 파손되지 않고 원상복귀된다. 제너다이오드의 정격

용량은 1/4 ~ 50[W]정도이다.

다.터널 다이오드

① 구조 : 불순물 농도를 1025∼1026[개/m2]정도로 하여 pn 접합을 한 다이오드

② 동작 : 순방향 전압이 낮을 때 공간 전하 영역의폭은 매우 좁아지고, n형 영역 중의 전자는 이 장벽의 반대족 p형 영역에 나타난다.

이는 흡수 전자가 장벽을 뚫고 지나는듯한 작용 즉, 터널 효과(tunnel effect)를 갖는다. 전류-전압 특성은 어느 순방향

전압범위 내에서 터널 효과에 의한 전류 흐르므로 부성 저항 특성을 갖는다.

③ 용도 : 초고주파의 발진 회로나 고속 스위칭 회로

라.가변용량 다이오드

① 구조 : pn 접합부의 공핍층에 반송자가 없게 하여 이 부분을 유전체(절연물)로 작용하도록 만든 것. pn 접합은 미소 정전 용량의

콘덴서를 형성하고 있으며, 이 정전 용량을 장벽 용량이라 한다.

② 동작 : 장벽 용량을 가지는 다이오드에 역바이어스를 걸면 그 전압의 크기에 따라 공핍층의 두께가 변해 정전 용량이 변화한다.

③ 용도 : AFC 회로, FM 회로 및 각종 제어 회로

마.배리스터

① 구조 : 전압 변화에 의해 저항이 크게 변화하도록 만든 소자를 말하며, 전압-전류 특성이 비직선적이다.

② 기능 : 비대칭 배리스터와 대칭 배리스터가 있음. SiC 분말을 주성분으로 금속 산화물 등을 혼합 구워 만든 대칭 배리스터가 대표적임.

③ 용도 : 낙뇌 전압 등의 이상 전압 흡수, 전화기의 과전압에 의한 음성의 일그러짐 방지 및 각종 제어 회로에 응용