다이오드 및 정류기 소개

다이오드에 관한 모든 것

다이오드 전류를 허용하는 전기 장치입니다. 다른 방향보다 훨씬 쉽게 한 방향으로 이동합니다. 현대 회로 설계에서 가장 일반적인 종류의 다이오드는 반도체입니다. 다른 다이오드 기술이 존재하지만 다이오드. 반도체 다이오드는 아래 그림과 같은 개략도에서 기호화됩니다. "다이오드"라는 용어는 일반적으로 소신호 장치용으로 예약되어 있으며 I ≤ 1A입니다. 용어 정류기 전원 장치에 사용됩니다. I> 1 A.

반도체 다이오드 회로도 기호:화살표는 전류 흐름의 방향을 나타냅니다.

간단한 배터리 램프 회로에 배치할 때 다이오드는 적용된 전압의 극성에 따라 램프를 통한 전류를 허용하거나 방지합니다. (아래 그림)

다이오드 작동:(a) 전류 흐름이 허용됩니다. 다이오드는 순방향 바이어스됩니다. (b) 전류 흐름이 금지됩니다. 다이오드는 역 바이어스됩니다.

배터리의 극성이 다이오드를 통해 전류가 흐르도록 허용되는 경우 다이오드를 순방향 바이어스라고 합니다. . 반대로 배터리가 "역방향"이고 다이오드가 전류를 차단할 때 다이오드는 역방향 바이어스라고 합니다. . 다이오드는 스위치처럼 생각할 수 있습니다. 순방향 바이어스일 때는 "닫힘"이고 역방향 바이어스일 때는 "열림"입니다.

다이오드 기호의 "화살촉" 방향은 기존 흐름의 전류 방향을 가리킵니다. 이 규칙은 회로도에 "화살촉"이 있는 모든 반도체에 적용됩니다. 전류 방향이 "화살촉"과 반대인 전자 흐름이 사용될 때는 반대입니다.

유압 체크 밸브 비유

다이오드 동작은 체크 밸브라고 하는 유압 장치의 동작과 유사합니다. . 체크 밸브는 아래 그림과 같이 한 방향으로만 유체 흐름을 허용합니다.

유압 체크 밸브 비유:(a) 허용되는 전류 흐름. (b) 전류 흐름 금지.

체크 밸브는 기본적으로 압력으로 작동되는 장치입니다. 체크 밸브를 가로지르는 압력이 게이트를 여는 올바른 "극성"인 경우 열리며 흐름을 허용합니다(표시된 비유에서 왼쪽보다 오른쪽에서 더 큰 유체 압력). 압력이 "극성"과 반대이면 체크 밸브를 가로지르는 압력 차가 닫히고 게이트를 유지하여 흐름이 발생하지 않습니다.

체크 밸브와 마찬가지로 다이오드는 기본적으로 "압력" 작동(전압 작동) 장치입니다. 순방향 바이어스와 역방향 바이어스의 본질적인 차이는 다이오드 양단에서 강하되는 전압의 극성입니다. 앞에서 설명한 간단한 배터리 다이오드 램프 회로를 자세히 살펴보겠습니다. 이번에는 아래 그림의 다양한 구성 요소에서 전압 강하를 조사합니다.

다이오드 회로 전압 측정:(a) 순방향 바이어스. (b) 역편향.

순방향 바이어스 다이오드 구성

순방향 바이어스 다이오드는 전류를 전도하고 이를 가로질러 작은 전압을 떨어뜨리므로 대부분의 배터리 전압이 램프를 가로질러 떨어집니다. 배터리의 극성이 바뀌면 다이오드가 역 바이어스되어 모두 떨어집니다. 램프에 아무 것도 남기지 않는 배터리 전압. 다이오드를 자체 작동 스위치(순방향 바이어스 모드에서 닫히고 역방향 바이어스 모드에서 열림)로 간주하면 이 동작이 의미가 있습니다. 가장 실질적인 차이점은 다이오드가 전도할 때 평균적인 기계적 스위치(0.7볼트 대 수십 밀리볼트)보다 훨씬 더 많은 전압을 강하한다는 것입니다.

다이오드가 나타내는 이 순방향 바이어스 전압 강하는 인가 전압의 영향으로 P-N 접합에 의해 형성된 공핍 영역의 작용으로 인한 것입니다. 반도체 다이오드 양단에 전압이 가해지지 않으면 P-N 접합 영역 주변에 얇은 공핍 영역이 존재하여 전류 흐름을 방지합니다. (아래 그림 (a)) 공핍 영역에는 사용 가능한 전하 캐리어가 거의 없으며 절연체 역할을 합니다.

다이오드 표현:PN 접합 모델, 도식 기호, 물리적 부품.

다이오드의 개략 기호는 양극(가리키는 끝)이 (a)의 P형 반도체에 해당하도록 위의 그림(b)에 표시됩니다. (b)의 끝이 뾰족하지 않은 음극 막대는 (a)의 N형 재료에 해당합니다. 또한 물리적 부분(c)의 음극 스트라이프는 기호의 음극에 해당합니다.

역 바이어스 다이오드 구성

역 바이어스 전압이 P-N 접합에 적용되면 이 공핍 영역이 확장되어 이를 통과하는 모든 전류에 저항합니다. (아래 그림)

공핍 영역은 역 바이어스로 확장됩니다.

순방향 전압

반대로 순방향 바이어스 전압이 P-N 접합에 적용되면 공핍 영역이 무너져 더 얇아집니다. 다이오드는 그것을 통과하는 전류에 덜 저항합니다. 지속적인 전류가 다이오드를 통과하려면; 그러나 공핍 영역은 인가된 전압에 의해 완전히 붕괴되어야 합니다. 이를 위해서는 순방향 전압이라고 하는 특정 최소 전압이 필요합니다. 아래 그림과 같습니다.

(a)에서 (b)로 순방향 바이어스를 증가시키면 공핍 영역 두께가 감소합니다.

실리콘 다이오드의 경우 일반적인 순방향 전압은 공칭 0.7볼트입니다. 게르마늄 다이오드의 경우 순방향 전압은 0.3볼트에 불과합니다. 다이오드를 구성하는 P-N 접합의 화학적 구성요소는 공칭 순방향 전압 수치를 설명하므로 실리콘 다이오드와 게르마늄 다이오드는 순방향 전압이 서로 다릅니다. 순방향 전압 강하는 광범위한 다이오드 전류에 대해 거의 일정하게 유지됩니다. 즉, 다이오드 전압 강하는 저항이나 일반(폐쇄) 스위치와 같지 않습니다. 가장 단순화된 회로 분석의 경우 전도성 다이오드 양단의 전압 강하는 전류량과 관련이 없는 공칭 수치에서 일정한 것으로 간주될 수 있습니다.

다이오드 방정식

실제로 순방향 전압 강하는 더 복잡합니다. 방정식은 접합부에서 강하되는 전압, 접합부의 온도 및 여러 물리적 상수를 고려할 때 다이오드를 통과하는 정확한 전류를 설명합니다. 일반적으로 다이오드 방정식으로 알려져 있습니다. :

kT/q라는 용어는 온도의 작용으로 인해 PN 접합 내에서 생성되는 전압을 나타내며 열 전압이라고 합니다. , 또는 접합의 Vt. 실온에서 이것은 약 26밀리볼트입니다. 이것을 알고 "비이상성" 계수를 1로 가정하면 다이오드 방정식을 단순화하고 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

간단한 다이오드 회로를 분석하기 위해 "다이오드 방정식"에 익숙할 필요는 없습니다. 전류 전도 다이오드에서 떨어지는 전압이 그렇다는 통과하는 전류의 양에 따라 변화하지만 이 변화는 광범위한 전류에 걸쳐 상당히 작습니다. 이것이 많은 교과서에서 단순히 전도성 반도체 다이오드의 전압 강하가 실리콘의 경우 0.7볼트, 게르마늄의 경우 0.3볼트로 일정하게 유지된다고 말하는 이유입니다.

그러나 일부 회로는 의도적으로 P-N 접합의 고유한 지수 전류/전압 관계를 사용하므로 이 방정식의 맥락에서만 이해할 수 있습니다. 또한 온도는 다이오드 방정식의 한 요소이므로 순방향 바이어스 P-N 접합도 온도 감지 장치로 사용할 수 있으므로 이 수학적 관계에 대한 개념적 이해가 있어야만 이해할 수 있습니다.

역편향 연산

역 바이어스 된 다이오드는 공핍 영역이 확장되어 전류가 통과하는 것을 방지합니다. 실제로 매우 적은 양의 전류가 누설 전류라고 하는 역방향 바이어스 다이오드를 통과할 수 있고 통과합니다. , 하지만 대부분의 경우 무시할 수 있습니다.

역 바이어스 전압을 견디는 다이오드의 능력은 모든 절연체와 마찬가지로 제한적입니다. 적용된 역 바이어스 전압이 너무 커지면 다이오드에 파손이라는 상태가 발생합니다. (아래 그림), 일반적으로 파괴적입니다.

다이오드의 최대 역 바이어스 전압 정격은 피크 역 전압으로 알려져 있습니다. , 또는 PIV , 제조사로부터 받을 수 있습니다. 순방향 전압과 마찬가지로 다이오드의 PIV 정격은 PIV가 증가한다는 점을 제외하고 온도에 따라 다릅니다. 온도 증가 및 감소 다이오드가 냉각됨에 따라 순방향 전압의 정반대입니다.