ダイオードとその種類について説明する
ダイオードとは何か？
ダイオードは、電流が一方方向にのみ流れる（伝送する）一方向スイッチとして機能する二端子の電子デバイスです。これらのダイオードは、シリコンやゲルマニウムなど、半導体材料から作られています。
シリコン、
ゲルマニウム、および
ガリウム砒素。
ダイオードの二つの端子はアノードとカソードと呼ばれています。これらの二つの端子間の電位差（ポテンシャルエネルギー）に基づいて、ダイオードの動作は二種類に分類されます。
アノードの電圧がカソードよりも高い場合、ダイオードはフォワードバイアス状態とされ、電流が流れることができます。
カソードの電圧がアノードよりも高い場合、ダイオードはリバースバイアス状態とされ、電流は流れません。
様々な種類のダイオードには異なる電圧が必要です。
シリコンダイオードのフォワード電圧は0.7Vですが、ゲルマニウムダイオードのそれは0.3Vです。
シリコンダイオードを使用する際、カソード端子は通常、ダイオードの一端にある黒いバンドまたは暗いバンドで示され、アノード端子は他の端子で示されます。
整流、つまり交流を直流に変換することは、ダイオードの最も一般的な用途の一つです。
ダイオードは、逆極性保護器および瞬時保護器のアプリケーションで使用されます。これは、ダイオードが一方方向にのみ電流を流し（通過させ）、他の方向では電流の流れを抑制するためです。
ダイオードのシンボル
以下にダイオードのシンボルを示します。フォワードバイアス条件下では、矢印の先端が従来の電流の流れを指し示します。つまり、アノードはP側に、カソードはN側に接続されています。
五価（または）ドナー不純物を一つのセクションに、三価（または）アクセプター不純物をもう一つのセクションにドーピングすることで、シリコンまたはゲルマニウム結晶ブロックから作られる単純なPN接合ダイオード。
特定の製造プロセスを使用してp型とn型の半導体を連結することでもPN接合を作成することができます。アノードはp型に接続する端子であり、カソードはn型側に接続する端子です。
ブロックの中心で、これらのドーピングはPN接合を形成します。
ダイオードの動作原理
n型とp型の半導体間の相互作用がダイオードの動作の基本的なプロセスです。
n型半導体は多くの自由電子（大数）と少数の穴（小数）で構成されています。言い換えると、n型半導体では自由電子の濃度が高い一方で穴の濃度は非常に低いです。
n型半導体では自由電子は多数キャリアと呼ばれ、穴は少数キャリアと呼ばれます。
p型半導体は含まれる自由電子の量に対して穴の数が多いことが特徴です。穴はp型半導体のキャリアの大部分を占め、一方で自由電子はこの種のキャリアの一部のみを占めます。
ダイオードの特性
順方向バイアスダイオード
逆方向バイアスダイオード
バイアスなしダイオード（ゼロバイアス）ダイオード
1). 順方向バイアスダイオード
ダイオードが順方向バイアスされ、電流が流れているときには、ダイオードにかかる電圧がわずかに減少します。
ゲルマニウムダイオードの順方向電圧は300mVで、これはシリコンダイオードの順方向電圧である690mVよりもはるかに低いです。
p型材料を横切る潜在エネルギーは正であり、一方、n型材料を横切る潜在エネルギーは負です。p型材料は正の潜在エネルギーを持っています。
2). 逆方向バイアスされたダイオード
バッテリーの電圧がゼロまで下がると、ダイオードは逆方向バイアスを持つとされます。ゲルマニウムダイオードの逆方向電圧は-50(μA)マイクロアンペアであり、一方、シリコンダイオードの逆方向電圧は-20(μA)マイクロアンペアです。p型材料を横切って見ると、潜在エネルギーは負ですが、n型材料を横切って見ると、潜在エネルギーは正です。
3). バイアスなしダイオード（ゼロバイアスダイオード）
ダイオードに測定される電圧ポテンシャルがゼロである場合、ダイオードはゼロバイアス状態にあるとされています。
ダイオードの応用
ダイオードを使用して逆方向の電流からの保護
ダイオードはしばしばクリッピング回路（クランプ回路）で使用されます。
論理ゲート回路におけるダイオードの使用
ダイオードはクリッピング回路によく使われる部品です。
ダイオードを構成する整流装置
ダイオードの種類
1). バックワードダイオード
2). BARITTダイオード
3). ガンダイオード
4). レーザーダイオード
5). 発光ダイオード
6). 光電ダイオード
7). PINダイオード
8). 高速回復ダイオード
9). ステップ回復ダイオード
10). トンネルダイオード
11). P-N接合ダイオード
12). ゼナーダイオード
13). ショットキダイオード
14). ショックリーダイオード
15). バラクタ（または）バリキャップダイオード
16). アバランチダイオード
17). 定電流ダイオード
18). 金ドープダイオード
19). スーパーバリアダイオード
20). ペルチェダイオード
21). クリスタルダイオード
22). 真空二極管
23). 小信号二極管
24). 大信号二極管
1). バックワードダイオード
この種のダイオードは「バックダイオード」とも呼ばれ、あまり使用されません。バックワード（バック）ダイオードはPN接合ダイオードであり、トンネルダイオードのように動作します。量子トンネリングは、特に反対方向への電流の流れにおいて重要な役割を果たします。エネルギーバンド図を見ることで、ダイオードの動作を正確に理解することができます。
上位のバンドは「導電帯」と呼ばれ、下位のバンドは「価電子帯」と呼ばれます。電子にエネルギーが加えられると、電子はより多くのエネルギーを得て導電帯へと移動する傾向があります。電子が価電子帯から導電帯へ移動すると、価電子帯には穴が残ります。
ゼロバイアス状態では、占有されている価電子帯は、占有されている導電帯とは反対側にあります。逆バイアス条件では、N領域が上に移動し、P領域が下に移動します。現在、P領域で完全なバンドは、N領域で空のバンドとは異なります。そのため、電子はP領域の満たされたバンドからN領域の空のバンドへトンネリングによって移動し始めます。
これは、バイアスが反対方向であっても電流が流れるという意味です。順方向バイアス条件下では、N領域はP領域と同じ方向（上）に移動します。現在、N領域で満たされたバンドは、P領域で空のバンドとは異なります。そのため、電子はN領域の満たされたバンドからP領域の空のバンドへトンネリングによって移動し始めます。
この種のダイオードでは、負の抵抗領域が形成され、これがダイオードの動作を可能にする主要部分となります。
2). BARITTダイオード
この種のダイオードは、その拡張された名称であるバリア注入渡越時間ダイオードまたはBARRITTダイオードとしても知られています。これはマイクロ波アプリケーションに適しており、より一般的に使用されているIMPATTダイオードとの様々な比較が可能です。
熱エネルギーを使用することで、この特定の種類のダイオードからの放出が引き起こされます。他のタイプのダイオードと比較して、このダイオードははるかに少ないノイズを生成します。
ミキサー、増幅器、または発振器は、これらの小さな信号容量を考えると可能な応用例です。これらはまた、さまざまな他のデバイスでも使用される可能性があります。
3). ガン・ダイオード
PN接合ダイオード、またはガン・ダイオードとも呼ばれるダイオードは、2つの端子を持つ半導体デバイスの一種です。ほとんどのアプリケーションでは、マイクロ波信号の生成に使用されます。
ガン・ダイオードから開発された発振器は、無線通信が必要な場所で使用されます。
これらはまた軍事組織でも使用されます。このダイオードは、最も基本的なものでもタコメータの重要な構成要素です。ガン・ダイオードは、現代の監視システムにおいてドア開閉センサー技術を簡単に組み込むことができます。これは現代の監視システムで必要なものです。さらに、このダイオードは侵入者警報回路にも使用が推奨されています。
4). レーザーダイオード
レーザーダイオードは、一貫性のある光を生成するため、通常のLED（発光ダイオード）とは異なる方法で動作します。これらの特定の種類のダイオードは、CDドライブ、DVDプレーヤー、プレゼンテーション用レーザーポインターなど、さまざまな分野で広く使用されています。これらのダイオードは他の種類のレーザー発生器よりも安価ですが、LEDと比較するとコストははるかに高く、寿命も限られています。
5). 発光ダイオード
発光ダイオード（またはLED）は最も一般的で広く使用されているダイオードの一種を指します。ダイオードが順方向バイアスを持つように接続されると、電流が接合部を通過し、これが光の生成を引き起こします。いくつかの新しいLEDの技術革新により、それらはOLEDやLEDに変換されています。
順方向バイアス動作領域では、このようなダイオードが動作しています。この領域においてダイオードが導通し始めるとすぐに電流が流れます。「順方向電流」という用語はこの種の電流を指します。ダイオードはこの操作中に生成される光の源です。
LEDはさまざまな色があります。具体的には、一定時間オンとオフを繰り返す点滅型のものもあります。また、二色LEDであれば2つの色が発光され、三色LEDであれば3つの色が発光されます。これは正の電圧の量によって決まります。
さらに、赤外線を発するLEDもあります。その実用的な適用範囲はリモコンに見られます。
6). 光電ダイオード
この技術では、光電ダイオードが光を感知します。光とPN接合部との相互作用により電子とホールが生成されることが発見されています。多くの場合、光電ダイオードは逆方向バイアス設定下で機能し、これによりわずかな光誘起電流も容易に検出および監視することができます。これらの種類のダイオードの別の可能な用途は発電です。
逆方向バイアス下でも導通できるため、光電ダイオードの機能はゼンダイオードの機能に非常に似ています。
電流値と光強度値は互いに直接比例します。また、反応時間が十分に速く、ミリ秒ではなくナノ秒単位で測定されます。
7). PINダイオード
このダイオードの特性は、開発プロセスを通じて決定されます。このタイプのダイオードの構造には、p型とn型の標準が使用されます。これらの相互作用によって生成される接合は、ドーピング濃度を含まないため、本質半導体として知られています。
切り替えなどのアプリケーションでは、この領域へのアクセスが活用されることがあります。
8). 高速回復ダイオード
このダイオードは、より速い回復時間を有します。整流プロセスを通じて、ACが信号入力として使用されます。このレベルには、正と負の両方の側面があります。極性が正から負へ（または）負から正へ移行するためには、回復期間は可能な限り短くなければなりません。
高周波アプリケーションが実行されている場合、最も早い回復時間が非常に重要です。このような条件下では、この特定のダイオードを使用することをお勧めします。そのためには、信号の整合性を維持しながら正確な表現を行う必要があります。
9). ステップ回復ダイオード
これはマイクロ波ダイオードの構成要素の一つです。これにより、高周波帯域でパルスが生成されることがよくあります。これらのダイオードは、操作により素早くシャットダウン（オフ）する性質を持つダイオードの種類に依存しています。
10). トンネルダイオード
これらのトンネルダイオードは、超高速範囲で動作する際にはスイッチが必要とされています。遷移時間はナノ秒またはピコ秒単位で測定されます。これは、それに連動する負抵抗の概念により、リラクセーションオシレータ回路に使用されます。
11). P-N 結合ダイオード
これは、p型およびn型材料が相互作用するときに生成される基本的なダイオードです。これは、ある視点を他の視点よりも優先するというアイデアを探求しています。このバイアスにより、さまざまな動作モードで機能することが可能です。
このダイオードは、順方向バイアスが適用された場合のみ導通します。逆方向バイアスが適用された場合、明確な電流の流れはありません。これは、逆方向バイアスが適用された場合、電流が遮断されることを示しています。
これらは、信号ダイオードなど低電流が必要なアプリケーションで使用されるため、好まれています。整流器は、この技術の最も基本的な用途の一つです。
12). ゼナーダイオード
これは、逆方向バイアスモードで動作できるように構築された種類のダイオードです。順方向バイアスが適用された場合、ダイオードの動作特性は、p-n接合を基本コンポーネントとする従来のダイオードと比較的似たものになります。
ダイオードが逆方向バイアスモードで動作している場合、最低ゼナー電圧に達すると、電流値が増加しますが、その点を超えて電圧は一定のままです。
したがって、この事実により電圧制御のプロセスで使用することができます。順方向バイアス下で電流を導くようになると、ダイオードはその独特の能力を示します。製造者は、この特定の種類のダイオードに対するよりゼンな電圧を正確に決定します。そのため、より多くのゼンダイオードを作成することが可能です。
13). ショットキー・ダイオード
ショットキー・ダイオードは、高速で切り替え操作を行う能力を持つダイオードの一種です。順方向経路全体での電圧損失は非常に少ないため、これは肯定的な特性とされています。
十分に速いクランプ回路は、この種のダイオードを使用する良い例です。その用途は明らかであり、この種のダイオードの動作周波数はギガヘルツ範囲が一般的です。つまり、高周波アプリケーションにおいてより望ましい可能性があります。
14). ショックレー・ダイオード
これらのダイオードは、上記で説明されたものとは異なるタイプのダイオードであり、切り替えアプリケーションに使用されます。基本的な電圧（トリガー電圧とも呼ばれる）が存在します。
提供される電圧が基本トリガー値よりも低い場合、高抵抗モードにとどまるため、切り替えることは不可能です。供給される電圧が基本トリガー値を超えるとすぐに低抵抗ルートが構築されます。ショックレー・ダイオードはこのように機能します。
15). バラクタ（または）バリキャップ・ダイオード
これは、デバイスの接合部に逆電圧を適用すると発生する別のユニークなカテゴリーのダイオードです。これにより接合部の容量が変化します。可変容量ダイオードであるため、「バリキャップ」という略語が使用されることがあります。
16). 雪崩ダイオード
雪崩ダイオードは、雪崩現象からその動作を導く逆バイアスダイオードの一種です。雪崩の失敗は、電圧降下が一定で、電流に影響を受けないときに発生します。高い感度を持つため、光検出に使用されます。
17). 定電流ダイオード
これは、最大値に制限された電流を提供する電気機器です。また、電流制限ダイオード（CLD）または電流調整ダイオード（CRD）とも呼ばれます。
これらのダイオードはnチャネルJFETで構成されており、ゲートはソースに接続され、2端子の電流制限器または電流源として機能します。特定の値まで電流が流れることを可能にし、その後増加を停止します。
18). 金ドープダイオード
これらのダイオードでは、金がドーパントとして使用されます。いくつかのダイオードは他のものよりも強力です。逆バイアス時のリーク電流もこれらのダイオードでは低くなります。大きな電圧降下でも、ダイオードは信号周波数で動作できます。金はこれらのダイオードにおける少数キャリアの迅速な再結合を助けます。
19). スーパーバリアダイオード
これは、ショットキダイオードのように前方電圧降下が低く、P-N接合ダイオードのように逆方向リーク電流が低い整流ダイオードです。高電力、高速スイッチング、低損失アプリケーションのために開発されました。スーパーバリア整流ダイオードは、ショットキダイオードよりも前方電圧が低い次のタイプの整流器です。
20). ペルチェダイオード
このタイプのダイオードでは、半導体の2つの材料接合部で熱が発生し、一方の端子から他方の端子へと流れます。この流れは電流の方向と同じ方向にのみ存在します。
この熱は少数キャリアの再結合によって生成された電荷により発生します。これは主に冷却と加熱に使用されます。この種のダイオードは熱電冷却においてセンサーと熱エンジンの両方として機能します。
21). クリスタルダイオード
これは点接触ダイオードの一種であり、キャットウィスカーとも呼ばれます。その動作は半導体結晶と点との間の接触圧力によって決定されます。
ここには金属線が含まれており、これが半導体結晶に対して押し付けられます。この状態では、半導体結晶がカソードとして、金属線がアノードとして機能します。これらのダイオードは時代遅れで、主にマイクロ波受信機や検出器に使用されます。
22). 真空ダイオード
真空ダイオードは、アノードとカソードとして機能する2つの電極で構成されています。カソードはタングステンで作られ、電子をアノード方向に放出します。電子の流れは常にカソードからアノードに向かいます。そのため、スイッチのように機能します。
カソードが酸化物素材で覆われると、電子放出能力が増加します。アノードは長さが比較的長く、表面が粗くなっていることがあり、これによりダイオード内で発生する温度を最小限に抑えることができます。ダイオードはアノードがカソード端子に対して正（+）の場合のみ導通します。
23). 小信号ダイオード
これは、ラジオやテレビなどの高周波・低電流アプリケーション分野で主に使用される小さなデバイスです。
信号ダイオードはパワー・ダイオードよりもずっと小さいです。一方の端が黒または赤でマークされており、これはカソード端子を示しています。小さな信号ダイオードの性能は高周波でのアプリケーションに特に効果的です。
他のカテゴリーでの能力と比較して、信号ダイオードは一般的に適度な電流負荷能力と低い電力損失を持っています。通常、これらの値は150mAおよび500mWの範囲内です。
これらは以下の用途に使用されます
ダイオードの応用,
高速スイッチング,
パラメトリックアンプリファイアなど多くの応用.
24). 大型信号ダイオード
これらのダイオードのPN接合層は非常に厚いです。そのため、整流または交流から直流への変換にしばしば使用されます。大きなPN接合により、ダイオードの順方向電流負荷能力と逆方向ブロッキング電圧が向上します。大型信号ダイオードは高周波アプリケーションには適していません。
これらのダイオードは主に以下のような電源に適用されます
整流器,
コンバータ,
インバータ,
バッテリ充電装置等.
これらのダイオードの順方向抵抗は数オームですが、逆方向ブロッキング抵抗はメガオーム単位で測定されます。
その高い電流および電圧能力により、大規模なピーク電圧を抑制する電子機器に使用されることがあります。
この記事では、多くの種類のダイオードとそれらの用途について議論しました。各ダイオードには独自の表現方法と動作方法があります。
よくある質問
1). ダイオードは交流（AC）を直流（DC）に変換しますか？
一方向に電流が流れる（通過する）ことを可能にするダイオード。交流で使用すると、ダイオードは半周期だけ導通します。そのため、交流を直流に変換するために使用されます。結果として、ダイオードは直流（DC）です。
2). 理想的なダイオードとは何ですか？
電流の流れの方向を制御するために使用されるダイオードを理想的なダイオードと呼びます。理想的なダイオードでは、電流は前進方向という一方向のみに流れ、逆方向には流れません。
理想的なダイオードは、逆バイアス状態になると開回路のように見え、この状態での電圧は負になります。
3). 順方向バイアスと逆方向バイアスの違いは何ですか？
従来のダイオードでは、ダイオードにかかる電圧が通常の電流の流れを許可するとき順方向バイアスが発生し、逆方向バイアスはダイオードにかかる電圧が反対方向にあることを示します。しかし、逆方向バイアス中にダイオードにかかる電圧は、ほとんど電流が流れないため、実質的な電流の流れはありません。
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