다이오드 동작원리, 종류와 소자 활용

 

## 다이오드
• + 또는 - 방향으로만 전류를 흐르게 하여 일반적으로 정류회로에 사용되는 부품
• 다이오드의 활용
  – 다이오드의 성질을 이용하여 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 정류작용에 이용
  – AM라디오 전파 내에 포함되어 있는 음성 신호를 추출하는 검파회로에 이용

 

## 진성반도체
• 불순물을 첨가하지 않은 순수한 반도체
• 불순물을 전혀 포함하지 않음
• 가전자대와 전도대의 사이에 가로놓여진 에너지간격(energy gap)을 지나 들뜨게 된 전자와 정공의 양쪽에 의해 전기전도가 전혀 일어나지 못하는 반도체
• 4가의 공유결합을 한 진성반도체
  – 순도를 높이면 높일수록 반도체는 전기전도가 전혀 일어나지 못하는 상태에 가까워짐
  – 전자 수와 정공 수는 거의 같고 부도체에 가까움
  – 해당하는 원소는 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)

 

 

## P형 반도체
• 반도체는 순수 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)에 소량의 3가 원소인 인듐(In)을 혼합하면 원자 대신 3가인 인듐 원자가 게르마늄과 공유결합을 하게 됨
• 인듐 원자는 4가인 게르마늄 원자보다 1개의 전자가 부족
• 부족한 전자를 채우기 위해 주위에서 전자를 끌어당기는 흡인력을 갖게 되고 여기서 전자가 부족한 곳은 (-)전하를 가진 전자를 끌어들이려 함
• 정공(hole) : (+)전하가 있는 것과 같으나 실제로는 아무것도 없으므로 (+)전하의 성질을 띤 구멍이라는 뜻

 

## N형 반도체
• 순수 실리콘이나 게르마늄에 5가 원소인 비소(As), 안티몬(Sb)을 결합시키면 5가인 비소가 실리콘과 공유결합을 하게 됨
• 5가인 비소가 실리콘과 공유결합
• 비소의 전자 4개는 4가 원소인 실리콘과의 공유결합에 사용

• 나머지 1개는 결합을 할 곳이 없어 이동하기 쉽고 불안정한 상태로 남음

• 자유전자 혹은 과잉전자로 비교적 전류가 흐르기 쉬운 상태가 됨

 

 

## 다이오드의 구조와 동작 원리 
• P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 것
• P형 반도체와 N형 반도체를 접합할 경우 : P형 반도체와 N형 반도체가 접합되어 있는 부근에는 서로간의 흡인력으로 인해 정공과 전자는 서로 상대 영역으로 확산이 일어남

 

 

## 실리콘 특성 곡선

• 교류 전기를 직류 전기로 변환 할때 활용

 

## 게르마늄 다이오드

• 순방향 특성이 좋으나 역내 전압이 낮아 높은 전압의 정류에 부적당

• 고속의 스위칭[ON/Off] 회로에 적합

 

## 실리콘 다이오드

• 순방향 특성이 게르마늄보다 떨어지나 역내 전압이 높아 전류용이나 높은 전압의 정류에 적합

 

## 다이오드의 분류와 기호

 

## 검파다이오드와 정류다이오드
• 검파다이오드
– 반도체 금속을 접촉하여 만든 점 접촉형다이오드(쇼트키다이오드) 사용
– 접합 용량이 적어서 고주파용으로 적합하고 검파, 변조, 혼합, 스위칭 등에 사용
• 정류다이오드
– P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 것으로 확산 접합형과 합금 접합형

 

 

## 제너다이오드
• PN 적합에 역방향 전압을 점차 증가시키면, 어느 전압에서 역방향 전류가 급격히 증가해 저항 값이 매우 작아짐
• 「항복 현상」이라 하며 전압을 「항복 전압」이라 함
• 항복전압 Vz에 도달하기까지 역방향전류는 소량
• Vz 전압에서 매우 급하게 역방향 전류 증가

 

• 정전압 특성을 이용하여 전압 안정화 회로에 응용

 

 

## 터널다이오드
• PN 접합다이오드에서 불순물의 농도를 매우 크게 하면 얇은 공핍층에 높은 전계가 걸려서 터널 효과에 의한 터널 전류가 흐름
• 터널 전류 : 에사키전류
• 다이오드 : 에사키다이오드

• 터널다이오드 특성 곡선을 순방향에서의 부성 저항을 이용해 증폭
• 마이크로파 발진회로, 스위칭회로 등에 사용

 

## 발광다이오드(LED)
• LED(Light Emitter Diode)라고도 함
• 여기상태의 전자 에너지가 기저상태로 환원될 때 가지고 있던 위치 에너지를 빛 에너지로 발산해 기존의 필라멘트 전구와 다름
• 전자적인 발광현상을 이용해 각종 표시장치에 이용
• 발광다이오드는 여러 가지 종류와 특성이 다르므로 이에 맞추어 선택해 사용
  – 주로 적색, 녹색, 황색이 많고 청색도 있음
  – 하나의 발광다이오드에 적, 녹의 발광모드가 함께 포함되어 있어 각각 전압을 인가하면 황색이 나타남
  – 전압의 크기에 따라 색상이 다르게 발광하도록 설계된 다이오드도 있음

 

 

## 수광다이오드
• 포토(Photo)다이오드라고도 하며 발광다이오드로부터 나오는 빛을 검출하여 그 특성을 이용한 광센서회로에 활용
• 포토커플러(Photo coupler)회로를 구성하여 회로와 회로 간에 완전 절연을 설계하는데 사용 

 

## 가변용량다이오드
• 다이오드 양단에 역방향의 전압을 가했을 때, 다이오드의 접합면이 가지고 있는 용량 값이 변화, 전압의 변화에 따라 접합 용량 값이 변화하는 소자
• 전압이 증가할수록 용량이 작아짐
• 가변용량 특성을 이용해 FM 변조회로의 AFC 동조회로에 응용됨 

 

## 브리지다이오드
• 전파정류를 위하여 다이오드 4개를 다리형태로 연결
• “+”전압과 “-”전압을 교대로 하여 한 반향으로 정류될 수 있는 전파정류회로를 설계할 수 있도록 한 소자
• 소자 특성을 이용하여 전파 정류회로 구성에 사용