다이오드의 성질 / 다이오드의 용도 및 종류

다이오드의 성질 / 다이오드의 용도 및 종류

 

1. 다이오드(Diode)의 개요

P형과 N형의 반도체를 계단형이나 경사형으로 접합할 수 있는데 이를 PN접합이라 한다. P형은 정공의 밀도가 높고, N형은 전자의 밀도가 높으므로 접합 면에서는 P형의 정공이 N형 쪽으로, N형의 전자는 P형 쪽으로의 확산이 일어난다. 이 때 확산이 일어난 정공과 전자는 각각 상대쪽의 다수 캐리어와 결합하여 캐리어가 존재하지 않는 층을 형성하게 된다. 이 층을 공핍층이라 하는데 더 이상의 다수 캐리어 확산을 방지하고 평형상태를 유지한다.

또 이 공핍층에 발생된 내부 전계로 인하여 P형과 N형 영역 사이에는 접촉전위라고 불리는 정전 전위차가 발생한는 데 약 0.6[V]정도이다.

< Fig01. 다이오드의 구조와 심볼 >

 

2. 역방향 바이어스

그림(Fig02)과 같이 PN접합에 역방향 바이어스 전압이 가해질 경우에는 P형 반도체의 정공은 '-'극으로 이동해가고, N형 반도체의 자유전자는 '+'극으로 이동하게 되어 공핍층이 생기게 됨으로 PN접합부의 전위장벽이 높아지게 되어 전류는 흐르지 않는다.

< Fig02. 다이오드의 역방향 Bias >

 

3. 순방향 바이어스

그림(Fig03)과 같이 P형 쪽에 '+', N형 쪽에 '-'의 전압을 가했을 경우에는 접합 면의 전위장벽이 낮아져 다수 캐리어의 확산이 이루어진다. 다시 말하면 P형 반도체의 정공은 '-'극으로, N형 반도체의 자유전자는 '+'극으로 이동하게 되어 전류는 계속해서 흐르게 된다.

< Fig03. 다이오드의 순방향 Bias >

 

3. 다이오드의 극성 구분

그림(Fig04)과 같이 멀티 테스터를 저항 측정모드 Rx1로 놓고 리드선을 바꾸어 다이오드의 저항 값을 측정한다. 정류용 다이오드의 순방향 저항치값은 약 10~20Ω정도 나오며, 흑색 리드봉을 접촉한 전극이 애노드 전극이다. 만약 양쪽방향 전부 저항값이 나오거나 저항값이 무한대 일 경우에는 다이오드가 불량이라고 판정한다. 정전압 다이오드(Zener Diode)와 검파용 다이오드의 특성은 이와 조금 다르다.

< Fig04. 다이오드의 측정 예 >

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4. 다이오드의 용도와 종류

P형 반도체와 N형 반도체를 단 접합하여 정공(Hole)과 전자(Electron)를 캐리어로서 전류를 한쪽 방향으로만 흘려주는 성질을 이용하여 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기로서의 용도, 라디오의 고주파에서 신호를 꺼내는 검파용, 전류의 ON/OFF를 제어하는 스위칭 용도 등, 매우 광범위하게 사용되고 있다. 반도체의 재료는 실리콘(규소)이 많지만, 그 외에 게르마늄, 셀렌 등이 있다.

 

1) 정류용, 스위칭용 다이오드

정류용 다이오드를 사용할 때 는 다이오드의 파손등을 막기 위해서 최대정격 전류의 70%정도 사용하는 편이 무난하다.

스위칭용 다이오드는 ON/OFF의 전환을 고속으로 할수 있기 때문에 디지털 회로에서 많이 사용한다.

< Fig05. 스위칭용 다이오드 >

 

2) 정전압 다이오드(Zener Diode : 제너 다이오드)

역방향으로 전압을 가했을 경우에 어떤 전압에서 급격히 역 전류가 증가하는 성질(항복전압)을 이용하여 일정한 전압을 얻는데 이용된다. 입력 전압을 높이면 다이오드에 흐르는 역 전류도 증가하고, 전압은 변하지 않는다. 그러나 많은 역 전류는 다이오드를 파괴할수 있어 주의해야 한다.

< Fig06. 정전압 다이오드 >

< Fig07. 제너 다이오드의 특성 >

 

3) 발광 다이오드 (LED: Light Emitted Diode)

LED는 순방향 전류가 흐를 때 빛을 발생 시킨다.  적색과 녹색이 많지만,  청색을  발광하는 LED와 한 개의 LED에 적색과 녹색의 것이 함께 들어 있는것도 있어 하나씩 점등 시키면 적색 또는 녹색으로 발광하고, 두 개를 동시에 점등 시키면 오렌지색으로 발광 한다.

LED의 극성의 확인 방법은 리드선이 긴 쪽이 애노드극, 짧은 쪽이 캐소드극 이다.  LED는 순방향의 전압강하가 2[V] 로 일정하며 LED의 발광하는 빛의 색깔은 불순물의 첨가 방법에 따라 다르다.

< Fig08. 발광 다이오드 >

 

4) 가변용량 다이오드(Variable Capacitance Diode )

반도체 다이오드에 역전압(逆電壓)을 가하면 전극 사이에는 전류가 거의 흐르지 않고 정전용량만 나타난다. 정전용량 값은 역전압의 크기에 의해 변화 한다.

< Fig09. 발광 다이오드 >

 

5) 포토 다이오드 (Photo Diode)

포토 다이오드는 광자를 반도체 표면에 입사하여 캐리어의 농도를 증가 시킬 수 있도록 하였다. 따라서입사 된 빛의 세기에 따라서 역 포화  전류가 비례하게 되며, 빛을 차단하였을때 흐르는 전류를 암(dark)전류라고 한다.

< Fig10. 포토 다이오드 >

 

6) 브리지 다이오드(Bridge Diode)

교류 전압을 직류 전압으로  바꾸기 위해서 정류용 다이오드를 4개 조합하여 전파정류를 할 수 있도록 구성한 다이오드를 브리지 다이오드(Bridge Diode)라고 한다.

< Fig11. 브리지 다이오드 >