개요
다이오드란 전류를 한쪽 방향으로만 흘리는 반도체 부품입니다 반드시 모든 다이오드가 한 방향 다이오드는 아니고 양방향 다이오드 종류도 있습니다. 반도체란 원래 이러한 방향성의 성질을 가지고 있기 때문에 반도체라 부르는 것입니다. 트랜지스터도 반도체이지만, 다이오드는 특히 이와 같은 한쪽방향으로만 전류가 흐르도록 합니다. 반도체의 주 재료는 실리콘(규소)이 많지만, 그 외에 게르마늄, 셀렌 등등이 있습니다. 다이오드의 용도는 전원장치에서 교류전류를 직류전류로 바꾸는 정류기로써의 용도, 라디오의 고주파에서 신호를 꺼내는 검파용, 전류의 on/OFF를 제어하는 스위칭 용도 등등, 매우 광범위하게 사용되고 있습니다.
내용
다이오드의 특징에서 정류다이오드(게이트 역할을 하는 일종의 밸브역할이라 할 수도 있습니다)로 다이오드 소자는 PN 접합으로 불리는 구조를 가지고 있으며 반도체의 P 측 단자를 양극(Anode), N 측 단자를 음극(Cathode)라 합니다. 이러한 구조는 양극에서 음극으로 즉 순방향으로만 전류가 흐르며, 그 역방향은 거의 전류가 흐르지 않는 기능이 있습니다. 이러한 효과를 정류 작용이라 하며 교류를 직류로 변환하는 효과가 있습니다. 다이오드의 기능은 쉽게 생각하면 전류 스위치라고 할 수 있습니다. 전기의 흐름을 물의 흐름에 비유해 보면 양극은 물의상류 음극은 하류에 해당하며 상류에서 하류로 물이 흐르는 것처럼 에노드에서 캐소드로 전류가 흐르며 하류에서 상류로 물이 흐르지 않는 것처럼 캐소드에서 에노드로는 전류가 흐르지 않습니다. 이것이 다이오드의 정류원리입니다.
다이오드의 순방향과 역방향 특성으로 다이오드에는 에노드와 캐소드라고 하는 2 개의 단자가 있습니다. 에노드에(+), 캐소드에(-)를 인가하여 에노드로부터 캐소드로 전류가 흐를 때의 특성을 순방향특성이라고 하며 VF 나 IF 가 이것에 해당합니다. 이와 반대로 에노드에(-), 캐소드에(+)가 인가되었을 때 다이오드에는 기본적으로 전류가 흐르지 않습니다. 이때의 특성을 역방향 특성이라 하며 VR나 IR 등이 역방향 특성입니다.
순방향으로는 전류가 통하고 역방향으로는 전류가 통하지 않습니다.
다이오드 흐름에서 Zener diode (정전압 다이오드) 역방향 전압을 가했을 때 발생하는 제너 효과에 의해 정전압 작용을 하는 다이오드로 정전압 다이오드라고도 합니다. 이러한 제너효과를 이용해 정전압 회로인 기준 전압을 필요로 하는 회로에 이용되며 온도보상 기능이 첨부된 것도 있습니다. Zener diode는 보통 저항을 직렬로 연결하여 사용합니다. 이것을 풀어보면 E=RIZ (R의 양단전압) +VZ(제너 전압)가 성립됩니다. 즉, 전원 전압 E 가 변동해도 제너전압 VZ는 일정하며(단, E는 VZ보다 크다) E와 VZ의 차이에 의한 전압이 R의 양단에 발생하게 됩니다.
역방향으로 전압을 가했을 경우에 어떤 전압에서 안정하는 성질을 이용하여 일정한 전압을 얻기 위해 사용합니다.
종류
바리 캡 다이오드 (Variable-capacitance diode)는 가변용량 다이오드로 varactor라고도 불립니다. 다이오드 접합부의 capacity 가 역전압에 비례하는 것을 이용한 것으로 텔레비전 튜너, 무선기 등고주파 변조나 주파수 변환, 동조, 등에 이용됩니다.
쇼트키 다이오드 (Schottky barrier diode)는 N 형태 반도체에 직접 쇼트키 게이트 전극을 붙여 금속과 반도체의 접촉면에서 역방향 전압을 저지하는 기능(쇼트 키 베리어)을 이용하는 다이오드입니다. 고주파용과 일반 정류용이 있으며 고주파용은 UHF 대와 마이크로파대의 검파나 믹서용으로 많이 이용됩니다. 일반 정류용 쇼트키 다이오드는 일반 정류 다이오드에 비해 순방향 전압이 작고 역방향 내압을 너무 크고 할 수 없기 때문에 (현재 100V에서 200V 정도) 저전압 대전류의 전원 정류용으로 이용됩니다. 또한 고속특성을 이용하여 고주파 정류회로나 스위칭 전원용으로 이용됩니다. 스위칭 다이오드 (Switching diode)는 PN 접합의 정류효과 (순방향 및 역방향 바이어초밥 저항의 현저한 차이)를 이용하여 회로의 스위칭을 주로 하는 다이오드입니다. 일반적으로 Switching diode라고 하면 쇼트키 베리어 다이오드나 밴드 스위칭 다이오드 Switching diode도 포함되게 됩니다. 정류 다이오드 (Rectifier diodes)는 일반적으로 평균 전류 1 A 이상의 것을 가리키며 전원의 정류회로에 이용합니다. 소전력용으로부터 대전력용까지 많은 종류가 있으며 패키지도 풍부합니다. 가장 많이 생산되는 것은 소전력용의 1 A 클래스로 정류 다이오드의 약 70%를 차지하고 있습니다.
밴드 스위칭 다이오드 (Band switching diodes):일반 소신호 다이오드의 고주파용으로서 개발된 것입니다.
고주파 튜너의 주파수 선택용으로 사용되기 때문에 고주파 저항이 작아야 하며 단자 간 capacity값도 가능한 한 낮게 한 다이오드입니다.
정전압 다이오드(제너 다이오드)는 역방향으로 전압을 가했을 경우에 어떤 전압에서 안정하는 성질을 이용하여, 일정한 전압을 얻기 위해 사용합니다.
가변용량 다이오드(배리캡 또는 버랙터 varactor)는 전압을 역방향으로 가했을 경우에 다이오드가 가지고 있는 콘덴서 용량(접합용량)이 변화하는 것을 이용하여, 전압의 변화에 따라 발진주파수를 변화시키는 등의 용도에 사용한다. 역방향의 전압을 높이면 접합용량은 적어지게 됩니다.
전류를 순방향으로 흘렸을 때에 발광하는 다이오드이다. 발광 다이오드는 여러 종류가 있으므로 용도에 맞추어 선택할 수 있다. 주로 적색, 녹색이 많지만, 청색을. 및 오렌지색 등 다양한 색을 발광하는 LED도 있습니다. 발광 다이오드의 극성의 확인 방법은 신품의 경우에는 리드선이 긴 쪽이 애노드, 짧은 쪽이 캐소드이다. 다시 말해 시중에서 판매되는 다양한 종류의 LED를 보면 다리가 긴 쪽이 + 짧은 쪽이 -입니다. 극성이 모르는 경우에는 1.5V의 전지를 접속하여 확인하거나, 테스터를 저항 측정 모드로 해서 확인합니다. 테스터로 확인하는 경우에는 저저항 측정 레인지에서 적색과 흑색의 테스터 봉을 LED가 발광하도록 다이오드의 리드에 각각 접속합니다. 발광하지 않을 경우에는 테스터 봉을 반대로 접속합니다. 발광하고 있는 다이오드에 접속하고 있는 흑색의 테스터 봉쪽이 애노드이다. 발광 다이오드는 순방향의 전압강하(VF)가 거의 2V로 생각보다 일정하게 유지하고 있습니다. 발광 다이오드(LED)는 순방향으로 흐를 때 발광 범용 다이오드 가장 기본인 다이오드로 소자에 따다 게르마늄과 실리콘 다이오드로 분류합니다. 용도는 검파，정류，스위칭등 대부분의 용도에 사용되며 통상 순방향 전압 강하는 0.６V 정도로 됩니다. 쇼트키(쇼토키) 베리어 다이오도는 아래 사진을 참조합니다.
다이오드는 일반적으로 2극 진공관이라고도 합니다. 보통 진공관의 경우와 같이 방열형과 직렬형이 있는데, 이것은 열전자방출체인 음극의 가열 방식에 따른 구분입니다. 일반용 진공관 다이오드는 정류회로나 검파회로에 주로 쓰이고 있습니다. 반도체 다이오드는 일찍이 점접촉 다이오드로 알려져 있는 것으로, 제2차 세계대전 이후 반도체 재료 및 기술의 눈부신 발전과 더불어 새로운 현상의 발견과 이용, 구조의 개발 그리고 응용 분야가 확대됨에 따라 그 종류도 매우 다양해지고 각 방면에 응용되고 있는데, 이와 같은 경향은 앞으로도 계속될 것입니다.
점접촉 다이오드는 게르마늄이나 실리콘, 비소와 같은 반도체 결정표면에 텅스텐 또는 백금 합금과 같은 금속제 침의 첨단을 접촉시킨 구조로 되어 구조가 간단하고 값이 싸며 고주파 특성이 좋기 때문에 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 브리지다이오드(브리지다이오드)라는 것은 교류전압을 직류전압으로 바꾸기 위해 정류용 다이오드를 사용합니다. 그리고 하나의 다이오드에서는 즉 플러스와 마이너스가 교대로 변화하는 전압의 플러스 측 또는 마이너스 측 중에서 어느 한쪽만 사용한다 따라서 반파정류 밖에 할 수 없지만, 다이오드를 4개 조합하면 전파정류를 할 수 있습니다.
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