理想的ダイオードとは何か

理想的二极管とは何ですか？

理想的な二極管の定義

理想的な二極管とは、完全に欠陥のない二極管で、順方向バイアスと逆方向バイアスの両方で理想的に動作します。通常、二極管は順方向または逆方向バイアスのいずれかで動作します。理想的な二極管の特性は、これらの2つのモードで個別に分析することができます。

順方向バイアス時の理想的な二極管の特性

ゼロ抵抗

順方向バイアスでは、理想的な二極管は電流の流れに対する抵抗がゼロであり、完全な導体となります。これは理想的な二極管には障壁電位がないことを意味します。これにより、理想的な二極管にはデプレッション領域があるのかどうかという疑問が生じます。抵抗はデプレッション領域内の固定電荷から生じるためです。

無限大の電流

理想的な二極管は、ゼロ抵抗であるため、オームの法則に基づいて順方向バイアスで無限大の電流を流すことができます。

無限大の電流量

この特性は、順方向バイアスでの理想的な二極管のゼロ抵抗から来ています。オームの法則（I = V/R）によれば、抵抗（R）がゼロの場合、電流（I）は無限大（∞）になります。したがって、理論的には、順方向バイアスでの理想的な二極管は無制限の電流を流すことができます。

ゼロしきい値電圧

この特性もまた、理想的な二極管のゼロ抵抗から来ています。しきい値電圧は、障壁電位を克服し伝導を開始するために必要な最小電圧です。理想的な二極管にデプレッション領域がない場合、しきい値電圧はありません。これにより、理想的な二極管はバイアスがかけられたときにすぐに伝導を始めることができます。図1の緑色の曲線に示されています。

逆方向バイアス時の理想的な二極管の特性

無限大の抵抗

逆方向バイアスでは、理想的な二極管は電流の流れを完全に遮断することが期待されます。つまり、逆方向バイアスでは理想的な絶縁体として振る舞います。

ゼロ逆リーク電流

この特性は、理想的な二極管が逆方向バイアスモードで無限大の抵抗を持つという以前の特性から直接導き出すことができます。理由は再びオームの法則を考えることで理解できます。つまり、図1の赤色の曲線に示されるように、理想的な二極管に逆バイアスがかかったときには、どれだけ高い逆電圧が適用されても電流は流れません。

逆破壊電圧なし

逆破壊電圧は、逆方向バイアスの二極管が故障して大量の電流を流し始める電圧です。理想的な二極管の最後の2つの特性から、それは無限大の抵抗を提供し、それによって電流の流れを完全に抑制することを結論付けることができます。これは、逆電圧の大きさに関係なく成り立ちます。このような状況下では、逆破壊現象は決して発生せず、その結果、逆破壊電圧についての議論は存在しません。これらの特性により、理想的な二極管は、逆方向バイアス時には開いた状態、順方向バイアス時には閉じた状態となる完璧な半導体スイッチとして振る舞います。

さて、現実を見ましょう。実際には理想的な二極管というものは存在しません。これはどういう意味でしょうか？もし存在しないものであれば、なぜそれを知る必要があるのでしょうか？時間の無駄ではないでしょうか？いいえ、そうではありません。

理由は次の通りです：理想化の概念は物事をより良くします。これは技術的なことだけでなく、一般的にも当てはまります。理想的な二極管に関して言えば、設計者やデバッガー（学生や一般の人々でも同様です）が特定の回路や全体の設計をモデル化、デバッグ、分析する際に非常に簡単にできるという事実が明らかになります。

実用的重要性

理想的な二極管の概念を理解することで、回路のモデリング、デバッグ、分析が可能になります。ただし、理想的な二極管は現実には存在しません。