다이오드와 그 유형 설명
다이오드란?
다이오드는 일방향 스위치 역할을 하는 두 개의 단자를 가진 전기 장치로, 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있게 합니다. 이러한 다이오드는 실리콘, 게르마늄, 갈륨 아르세나이드와 같은 반도체 소재로 만들어집니다.
실리콘,
게르마늄, 그리고
갈륨 아르세나이드.
다이오드의 두 단자는 양극과 음극으로 불립니다. 이 두 단자 사이의 전위차 (전위 에너지)에 따라 다이오드의 작동은 두 가지 유형으로 분류될 수 있습니다:
양극의 전압이 음극보다 높으면 다이오드는 정방향 바이어스 상태로 간주되며, 전류가 흐릅니다.
음극의 전압이 양극보다 높으면 다이오드는 역방향 바이어스 상태라고 하며, 전류가 흐르지 않습니다.
다양한 종류의 다이오드는 서로 다른 전압을 필요로 합니다.
실리콘 다이오드의 정방향 전압은 0.7V이며, 게르마늄 다이오드의 정방향 전압은 0.3V입니다.
실리콘 다이오드를 작업할 때, 음극 단자는 다이오드의 한쪽 끝에 있는 검은색 또는 어두운 밴드로 표시되며, 양극 단자는 다른 단자로 표시됩니다.
정류, 즉 교류를 직류로 변환하는 것은 다이오드의 가장 일반적인 용도 중 하나입니다.
다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하고 다른 방향으로의 전류 흐름을 억제하기 때문에 역 극성 보호기 및 일시적 보호기 애플리케이션에서 사용됩니다.
다이오드 기호
다이오드 기호는 아래에 도시되어 있습니다. 정방향 바이어스 상태에서는 화살표 머리가 전류의 통상적인 흐름 방향을 가리킵니다. 즉, 양극은 p측에 연결되고 음극은 n측에 연결됩니다.
다섯가지 가상의 (또는) 기증 불순물을 한 부분에, 세 가지 가상의 (또는) 수용 불순물을 다른 부분에 도핑하여 실리콘 또는 독일산 결정 블록으로 만든 간단한 PN 접합 다이오드.
특정 제조 공정을 사용하여 p형과 n형 반도체를 연결함으로써 PN 접합을 형성할 수도 있습니다. 아노드는 p형에 연결되는 단자이며, 캐소드는 n형 측에 연결되는 단자입니다.
블록의 중심에서 이러한 도핑은 PN 접합을 형성합니다.
다이오드의 작동 원리
n형과 p형 반도체 사이의 상호작용은 다이오드의 작동 뒤에 있는 기본적인 과정입니다.
n형 반도체는 많은 자유 전자와 소수의 구멍으로 구성됩니다. 즉, n형 반도체에서는 자유 전자의 농도가 크고 구멍의 농도는 매우 낮습니다.
n형 반도체에서는 자유 전자가 주전하 운반체로 알려져 있으며, 구멍은 부전하 운반체로 알려져 있습니다.
p형 반도체는 포함하는 자유 전자량에 비해 많은 구멍을 특징으로 합니다. 구멍은 p형 반도체의 대부분의 전하 운반체를 구성하며, 자유 전자는 이 종류의 전하 운반체의 작은 부분만을 나타냅니다.
다이오드의 특성
전방 편향 다이오드
역방향 편향 다이오드
편향되지 않은 다이오드 (영 편향) 다이오드
1). 전방 편향 다이오드
다이오드가 전방으로 바이어스되고 전류가 흐르는 경우 다이오드의 전압이 약간 감소합니다.
게르마늄 다이오드의 전방 전압은 300 mV로, 이는 실리콘 다이오드의 690 mV보다 훨씬 낮습니다.
p형 재료의 전위 에너지는 양수인 반면, n형 재료의 전위 에너지는 음수입니다. p형 재료는 양의 전위 에너지를 가집니다.
2). 역방향 바이어스된 다이오드
배터리의 전압이 완전히 0으로 내려갈 때, 다이오드는 역방향 바이어스 상태라고 합니다. 게르마늄 다이오드의 역방향 전압은 -50(μA) 마이크로암페어이며, 실리콘 다이오드의 역방향 전압은 -20(μA) 마이크로암페어입니다. p형 재료를 관찰할 때 전위 에너지는 음수이고, n형 재료를 관찰할 때 전위 에너지는 양수입니다.
3). 비바이어스된 다이오드 (영 바이어스된 다이오드)
다이오드에 걸리는 전압이 0일 때, 다이오드는 영 바이어스 상태라고 합니다.
다이오드의 응용
다이오드를 사용한 역방향 전류 방지
다이오드는 클램핑 회로에서 자주 사용됩니다.
논리 게이트 회로에서 다이오드의 사용
클리핑 회로에서 다이오드는 일반적인 구성 요소입니다.
다이오드로 구성된 정류 장치
다이오드의 종류
1). 역방향 다이오드
2). BARITT 다이오드
3). 건 다이오드
4). 레이저 다이오드
5). 발광 다이오드
6). 광다이오드
7). PIN 다이오드
8). 고속 회복 다이오드
9). 단계 회복 다이오드
10). 터널 다이오드
11). P-N 접합 다이오드
12). 제너 다이오드
13). 슈오키 다이오드
14). 샤클리 다이오드
15). 바락터 (또는) 변용량 다이오드
16). 아발란체 다이오드
17). 정류 다이오드
18). 금 도핑 다이오드
19). 슈퍼 배리어 다이오드
20). 펠티에 다이오드
21). 결정 다이오드
22). 진공 다이오드
23). 소신호 다이오드
24). 대신호 다이오드
1). 역방향 다이오드
이 종류의 다이오드는 "역방향 다이오드"라고도 알려져 있으며, 매우 자주 사용되지는 않습니다. 역방향 다이오드는 터널 다이오드처럼 작동하는 PN 접합 다이오드입니다. 양자 터널링은 특히 반대 방향으로 전류가 흐르는 데 중요한 부분입니다. 에너지 밴드 그림을 통해 다이오드가 어떻게 작동하는지 정확히 볼 수 있습니다.
상위 레벨의 밴드는 "전도 밴드"라고 불리며, 하위 레벨의 밴드는 "가치성 밴드"라고 부릅니다. 전자에 에너지가 추가되면 더 많은 에너지를 얻고 전도 밴드로 이동하는 경향이 있습니다. 전자가 가치성 밴드에서 전도 밴드로 이동하면 가치성 밴드에 구멍이 생깁니다.
제로 바이어싱 상태에서는 차지된 가치성 밴드가 차지된 전도 밴드와 반대입니다. 반면에 역방향 바이어싱 조건에서는 N 영역이 위로 이동하고 P 영역이 아래로 이동합니다. 이제 P 섹션에서 완전한 밴드는 N 섹션에서 비어 있는 밴드와 다릅니다. 따라서 전자들은 P 섹션의 가득 찬 밴드에서 N 섹션의 비어 있는 밴드로 터널링을 통해 이동하기 시작합니다.
따라서 이것은 바이어스가 반대 방향일 때에도 전류 흐름이 발생한다는 것을 의미합니다. 순방향 바이어싱 조건에서는 N 영역이 P 영역과 같은 방향, 즉 위로 이동합니다. 이제 N 섹션에서 채워진 밴드는 P 섹션에서 비어 있는 밴드와 다릅니다. 따라서 전자들은 N 섹션의 가득 찬 밴드에서 P 섹션의 비어 있는 밴드로 터널링을 통해 이동하기 시작합니다.
이 종류의 다이오드에서는 음의 저항 영역이 형성되는데, 이것이 다이오드가 작동하는 주요 부분입니다.
2). BARITT 다이오드
이 종류의 다이오드는 장벽 주입 전송 시간 다이오드 또는 BARRITT 다이오드라는 확장된 용어로도 알려져 있습니다. 이 다이오드는 마이크로파 응용에 적합하며, 보다 일반적으로 사용되는 IMPATT 다이오드와 다양한 비교를 할 수 있습니다.
열 에너지의 사용은 이 특정 종류의 다이오드에서 방출을 일으킵니다. 다른 종류의 다이오드와 비교할 때, 이 다이오드는 훨씬 적은 노이즈를 생성합니다.
믹서, 증폭기 또는 발진기는 이러한 다이오드의 소신호 용량을 고려하여 가능한 애플리케이션 중 일부입니다. 또한 다양한 다른 장치에서도 사용될 수 있습니다.
3). Gunn 다이오드
PN 접합 다이오드, 또는 Gunn 다이오드라고 알려진 이 다이오드는 두 개의 단자를 가진 반도체 장치의 한 종류입니다. 대부분의 응용 분야에서 마이크로파 신호 생성에 사용됩니다.
Gunn 다이오드로 개발된 발진기는 라디오 전송이 필요한 모든 곳에서 사용됩니다.
이들은 군사 조직에서도 사용됩니다. 이 다이오드는 가장 기본적인 것까지 모든 타코미터의 필수 구성 요소입니다. Gunn 다이오드는 현대 모니터링 시스템에서 도어 오프닝 센서 기술을 쉽게 포함시킬 수 있도록 만들며, 이는 현대 모니터링 시스템에서 필요합니다. 또한, 이 다이오드는 침입자 알람 회로에서 사용을 권장합니다.
4). 레이저 다이오드
레이저 다이오드는 코히런트 빛을 생성하기 때문에, 일반적인 LED (빛 발광 다이오드)와 같은 방식으로 작동하지 않습니다. 이러한 특정 종류의 다이오드는 CD 드라이브, DVD 플레이어, 프레젠테이션용 레이저 포인터 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 이러한 다이오드는 다른 종류의 레이저 발생기보다 저렴하지만, LED와 비교했을 때 비용이 훨씬 높으며, 수명도 제한적입니다.
5). 빛 발광 다이오드
발광 다이오드(또는 LED)는 가장 일반적이고 널리 사용되는 다이오드의 종류 중 하나를 가리킵니다. 다이오드가 전진 바이어스 상태로 연결되면 전류가 접합부를 통과하여 빛이 발생합니다. 최근에는 LED 기술의 새로운 발전으로 OLED와 LED로 변환되고 있습니다.
전진 바이어스 작업 영역에서는 이러한 종류의 다이오드가 작동합니다. 다이오드가 이 영역에서 전도하기 시작하면 즉시 전류가 흐릅니다. "전진 전류"라는 용어는 이러한 종류의 전류를 의미합니다. 다이오드는 이 과정에서 발생하는 빛의 원천입니다.
LED는 다양한 색상을 가지고 있습니다. 구체적으로 말하면, 특정 시간 동안 켜짐과 꺼짐을 할 수 있는 깜빡이는 LED가 있습니다. 이들은 두 가지 색상을 방출하는 이색 LED일 수도 있고, 세 가지 색상을 방출하는 삼색 LED일 수도 있으며, 양의 전압의 양에 따라 달라집니다.
또한 적외선을 방출할 수 있는 LED도 있으며, 이들의 실용적인 응용은 리모컨에서 찾을 수 있습니다.
6). 광다이오드
이 기술에서는 광다이오드가 빛을 감지합니다. 빛과 PN 접합부의 상호작용으로 전자와 구멍이 생성될 수 있다는 것이 발견되었습니다. 대부분의 경우 광다이오드는 역방향 바이어스 설정 하에서 작동하여 매우 작은 양의 빛으로 인한 전류 흐름을 쉽게 감지하고 모니터링할 수 있습니다. 이러한 종류의 다이오드는 전력 생성에도 사용될 수 있습니다.
역방향 바이어스에서도 전도할 수 있기 때문에 광다이오드의 작동은 젠 다이오드와 매우 유사합니다.
전류 값과 빛 강도 값은 서로 직접 비례합니다. 또한 반응 시간이 충분히 빠르며, 밀리초보다는 나노초 단위로 측정됩니다.
7). PIN 다이오드
이 다이오드의 특성은 개발 과정에서 결정됩니다. 이 종류의 다이오드를 구성하는 데는 p형과 n형 표준 모두가 사용됩니다. 이러한 상호작용으로 생성되는 접합부는 도핑 농도가 포함되지 않기 때문에 본질적인 반도체로 알려져 있습니다.
스위칭과 같은 애플리케이션에서는 이 영역에 접근할 수 있는 장점이 있습니다.
8). 고속 복귀 다이오드
다이오드는 더 빠른 복귀 시간을 가집니다. 직류화 과정에서 신호 입력으로 교류가 사용됩니다. 이러한 수준은 양면성을 가지고 있습니다. 극성이 양에서 음으로 또는 음에서 양으로 전환되려면 복귀 기간이 가능한 한 짧아야 합니다.
고주파 애플리케이션이 수행될 때 가장 빠른 복귀 시간을 갖는 것이 매우 중요합니다. 이러한 조건에서는 이 특정 다이오드를 사용하는 것이 좋습니다. 이를 위해서는 신호의 무결성을 유지하면서 정확하게 표현해야 합니다.
9). 스텝 복귀 다이오드
이는 마이크로파 다이오드의 구성 요소 중 하나입니다. 이는 고주파 범위에서 펄스를 생성하는 경향이 있습니다. 이러한 다이오드는 작동에 따라 빠르게 차단(끄기)되는 특성을 가진 다이오드의 유형에 따라 달라집니다.
10). 터널 다이오드
이 터널 다이오드는 초고속 범위에서 작동할 때 스위치가 필요하다는 것이 알려져 있습니다. 전환 시간은 나노초 또는 피코초로 측정됩니다. 이는 음의 저항이라는 개념과 관련되어 이완 진동 회로에서 사용됩니다.
11). P-N 접합 다이오드
이는 p형 및 n형 재료가 상호작용할 때 생성되는 기본적인 다이오드입니다. 이것은 한 관점을 다른 관점보다 선호하는 아이디어를 탐구합니다. 이러한 바이어싱으로 인해 다양한 작동 모드에서 작동할 수 있습니다.
전진 바이어스가 적용될 때만 이 다이오드는 전도합니다. 바이어스가 반대 방향일 때는 명확한 전류 흐름이 없습니다. 이는 바이어스가 반대 방향일 때 전류가 차단됨을 보여줍니다.
이들은 신호 다이오드와 같은 저전류가 필요한 응용 분야에서 사용되며, 따라서 선호됩니다. 정류기는 이 기술의 가장 기본적인 용도 중 하나입니다.
12). 제너 다이오드
이 다이오드는 역방향 바이어스 모드에서 작동할 수 있도록 구성되었습니다. 전진 바이어스가 적용되면, 이 다이오드의 작동 특성은 p-n 접합을 기본 구성 요소로 하는 일반적인 다이오드와 유사합니다.
다이오드가 역방향 바이어스 모드에서 작동할 때, 최저 제너 전압에 도달하면 전류 값이 증가하지만, 그 이후에는 전압이 계속 일정하게 유지됩니다.
따라서 이 사실로 인해 전압 제어 과정에서 사용될 수 있습니다. 포워드 바이어스 하에서 전류를 전도하기 시작할 때 다이오드는 독특한 능력을 보여줍니다. 제조사는 이 특정 종류의 다이오드에 대해 더 젠 전압이 정확히 어떻게 될지를 결정합니다. 이를 통해 더 많은 젠 다이오드를 만들 수 있습니다.
13). 슈트키 다이오드
슈트키 다이오드는 고속으로 스위칭 작업을 수행할 수 있는 능력으로 특징지어지는 다이오드의 한 종류입니다. 포워드 경로에서 매우 적은 전압 손실이 발생하므로 이는 긍정적인 특성으로 간주됩니다.
충분히 빠른 클램핑 회로는 이러한 종류의 다이오드가 사용될 수 있는 좋은 예입니다. 그 용도가 명백하게 나타나기 때문입니다. 이 종류의 다이오드의 작동 주파수는 기가헤르츠 범위가 일반적입니다. 즉, 고주파 애플리케이션에서 더 선호될 가능성이 있습니다.
14). 쇼클리 다이오드
스위칭 애플리케이션은 위에서 설명된 것과 다른 유형의 다이오드인 이 다이오드를 사용합니다. 기본 전압 또는 트리거 전압이라고 알려진 어떤 기본 전압이 존재합니다.
제공되는 전압이 기본 트리거 값보다 낮으면 고저항 모드로 유지되기 때문에 스위칭이 불가능합니다. 공급되는 전압이 기본 트리거 값보다 클 때 저저항 경로가 구성됩니다. 쇼클리 다이오드는 이러한 방식으로 기능을 수행합니다.
15). 바라CTOR (또는) 바라캡 다이오드
이는 반전 전압이 장치의 접합부에 적용될 때 발생하는 또 다른 독특한 종류의 다이오드입니다. 이로 인해 접합부의 용량이 변화합니다. 가변 용량 다이오드이므로 "바라캡"이라는 약어가 사용될 수 있습니다.
16). 눈송이 다이오드
눈송이 다이오드는 눈송이 현상에서 작동 원리를 얻는 역방향 바이어스 다이오드의 종류입니다. 눈송이의 실패는 전압 강하가 일정하고 전류에 영향을 받지 않을 때 발생합니다. 그들이 가진 높은 감도 때문에, 그들은 광검출에 사용됩니다.
17). 정전류 다이오드
이는 제공된 최대 값을 제한하는 전기 장치입니다. 또한 전류 제한 다이오드(CLD) 또는 전류 조절 다이오드(CRD)라고도 할 수 있습니다.
이러한 다이오드는 (n채널)-JFET로 만들어져 있으며, 게이트는 소스에 연결되어 두 단자 전류 제한기 또는 전류 소스로 작용합니다. 이들은 특정 값까지 전류를 흐르게 한 후 더 이상 증가하지 않습니다.
18). 금 도핑 다이오드
금은 이러한 다이오드에서 도핑제로 사용됩니다. 일부 다이오드는 다른 것보다 강력합니다. 이러한 다이오드에서는 역방향 바이어스 상태에서도 누설 전류가 낮습니다. 더 큰 전압 강하에도 불구하고, 다이오드는 신호 주파수에서 작동할 수 있습니다. 금은 이러한 다이오드에서 소수キャリヤの高速再結合を助ける。
19). 슈퍼 배리어 다이오드
슈오티키 다이오드와 같이 저순방향 전압 강하와 P-N 접합 다이오드와 같이 저역방향 누설 전류를 가지는 정류 다이오드입니다. 고출력, 고속 스위칭 및 저손실 응용 분야를 위해 개발되었습니다. 슈퍼 배리어 정류 다이오드는 슈오티키 다이오드보다 더 낮은 순방향 전압을 가진 다음 유형의 정류기입니다.
20). 펠티어 다이오드
이 유형의 다이오드에서는 반도체의 두 소재 접합부에서 열이 발생하며, 이는 한 단자에서 다른 단자로 흐릅니다. 이 흐름은 전류 흐름 방향과 동일한 한 방향으로만 진행됩니다.
이 열은 소수 전하 캐리어의 재결합에 의해 생성된 전기 충전의 결과로 발생합니다. 주로 냉각 및 가열 용도로 사용되며, 이러한 종류의 다이오드는 열전 냉각에서 센서와 열 엔진 역할을 합니다.
21). 결정 다이오드
이는 포인트 접촉 다이오드의 한 형태로, 고양이 수염이라고도 알려져 있습니다. 그 작동은 반도체 결정과 포인트 사이의 접촉 압력에 의해 결정됩니다.
이 안에는 금속 선이 포함되어 있으며, 반도체 결정에 강제로 누르게 됩니다. 이러한 조건에서 반도체 결정은 카토드 역할을 하고, 금속 선은 아노드 역할을 합니다. 본질적으로 이러한 다이오드는 구식이며, 주로 마이크로파 수신기와 검출기에 사용됩니다.
22). 진공 다이오드
진공 다이오드는 아노드와 카토드 역할을 하는 두 개의 전극으로 구성됩니다. 카토드는 텅스텐으로 만들어져 아노드 방향으로 전자를 방출합니다. 전자 흐름은 항상 카토드에서 아노드로 진행되므로, 스위치처럼 작동합니다.
카토드가 산화물 소재로 덮여 있으면 전자 방출 능력이 증가합니다. 아노드는 길이가 상대적으로 길고, 표면이 때때로 거칠어져 다이오드에서 발생하는 온도를 최소화합니다. 다이오드는 아노드가 카토드 단자에 대해 양극성일 때만 도전합니다.
23). 소신호 다이오드
이는 비례하지 않는 특징을 가진 작은 장치로, 주로 라디오와 TV와 같은 고주파 및 저전류 응용 분야에서 주로 사용됩니다.
신호 다이오드는 전력 다이오드보다 훨씬 작습니다. 한쪽 가장자리가 검은색 또는 빨간색으로 표시되어 캐소드 단자를 나타냅니다. 작은 신호 다이오드의 성능은 고주파 응용 분야에서 특히 효과적입니다.
다른 카테고리의 기능과 비교할 때 신호 다이오드는 일반적으로 적당한 전류 용량과 낮은 소비 전력을 가지고 있습니다. 일반적으로 150mA 및 500mW 범위에 있습니다.
이것은 다음과 같이 사용됩니다
다이오드 응용,
고속 스위칭,
파라메트릭 증폭기 및 많은 다른 응용 분야.
24). 대형 신호 다이오드
이 다이오드의 PN 접합층은 상당히 두껍습니다. 결과적으로 이들은 종종 정류 또는 교류를 직류로 변환하는 데 사용됩니다. 큰 PN 접합은 다이오드의 순방향 전류 용량과 역방향 차단 전압을 높입니다. 대형 신호 다이오드는 고주파 응용 분야에 적합하지 않습니다.
이 다이오드는 주로 다음과 같은 전원 공급 장치에 적용됩니다
정류기,
변환기,
역변환기,
배터리 충전 장치 등.
이 다이오드의 순방향 저항은 몇 오옴이며, 역방향 차단 저항은 메가오옴으로 측정됩니다.
높은 전류 및 전압 용량 덕분에 이 다이오드는 큰 피크 전압을 억제하는 전기 장치에 사용될 수 있습니다.
결과적으로 이 포스트에서는 다양한 종류의 다이오드와 그 용도에 대해 논의되었습니다. 각 다이오드는 고유한 표현 방법뿐만 아니라 고유한 작동 방법을 가지고 있습니다.
자주 묻는 질문
1). 다이오드는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환합니까?
일방향으로 전류가 흐를 수 있게 하는 다이오드입니다. 교류 전압과 함께 사용할 때, 다이오드는 주기의 절반만 전도합니다. 따라서 교류를 직류로 변환하는 데 사용됩니다. 결과적으로 다이오드는 직류(DC)입니다.
2). 이상적인 다이오드란?
전류 방향을 제어하는 데 사용되는 다이오드는 이상적인 다이오드라고 합니다. 이상적인 다이오드에서는 전류가 한 방향(정방향)으로만 흐르고, 역방향으로는 흐르지 않습니다.
역방향 바이어스 상태에서 이상적인 다이오드는 개방 회로처럼 보이고, 이 상태에서 양단 간의 전압은 음수입니다.
3). 정방향 바이어스와 역방향 바이어스의 차이는 무엇인가요?
정방향 바이어스는 다이오드 양단의 전압이 전류의 정상적인 흐름을 허용할 때 발생하며, 역방향 바이어스는 다이오드 양단의 전압이 반대 방향인 경우를 의미합니다. 그러나 역방향 바이어스 동안 다이오드에 가해진 전압은 유의미한 전류 흐름을 초래하지 않습니다.
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