다이오드 1. 다이오드 정의, 종류

최초의 다이오드는 진공관으로 개발되었다.

 

하지만, 최근에는 P형과 N형 접합을 이용한

반도체 다이오드를 사용하고 있다.

 

그렇다면, 이 다이오드가 무엇인지

그리고 반도체 다이오드에는 어떤것들이 있는지 알아보자.

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목차

0. 함께 알면 좋은 내용

1. 다이오드의 정의

2. 다이오드 종류

 

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0. 함께 알면 좋은 내용

 - 역전압 상태에서 PN접합의 동작

 - 진성, P형, N형 반도체

 - 오픈회로 상태에서의 PN접합

 

 

1. 다이오드의 정의

다이오드(DIODE)는 'Di + Ode'를 합친 단어이다.

여기서 'Di'는 '두개의'라는 의미를,

 

'Ode'는 '전극'의 의미를 갖는다.

즉, 두개의 전극을 가진 소자라는 의미이다.

 

구체적으로,

주로 한쪽 방향으로 전류가 흐를수 있도록

제어하는 반도체 소자이다.

도로에서 일방통행을 생각하면 어렵지 않다.

 

전류의 흐름 제어를 통해

발광, 광 검출, 발진 등의 기능을 수행하기도 한다.

 

다이오드의 형태

 

(일반)다이오드의 전자기호

위의 그림은 다이오드의 형태와

회로도에 다이오드를 표시할 때의 기호이다.

 

다이오드는 P형 반도체, N형 반도체의 접합으로

P형, N형의 전기적 성질이 다르기 때문에

그 방향을 구분해 줄 필요가 있다.

 

다만, 다이오드는 여러 종류가 있고

종류에 따라 서로 다른 기호를 사용한다.

위에 표시된 기호는 일반 다이오드의 전자기호이다.

 

양극(+)을 Anode(A), 음극(-)을 Cathode(K)로 나타낸다.

 

다이오드 모형

 

실제 다이오드

음극의 영어는 Cathode인데

영어 약자로 보통 'K'를 사용한다.

 

이유는 모르겠지만 주의할 필요가 있다.

 

 

2. 다이오드의 종류

다이오드는 일반 다이오드(정류 다이오드),

정전압 다이오드(제너 다이오드),

쇼트키 다이오드, 

발광 다이오드(LED),

광 다이오드(포토 다이오드),

TVS 다이오드 등이 있다.

 

① 정류 다이오드

다이오드의 가장 기본적이면서도 중요한 기능은

전류를 한쪽방향으로만 흐르게 하는 정류 작용이다.

 

이 정류 다이오드는 전류가

역방향으로는 흐르지 못하게 하는 역할을 한다.

 

 

② 정접압 다이오드(제너 다이오드, Zener Diode)

제너다이오드 전자 기호

제너 다이오드는 역전압을 이용하기 위한 다이오드이다.

 

일반적으로 역방향(Reverse) 구간에서

다이오드를 통과하는 전류는 '0'에 수렴하고

역방향 한계 전압(PIV, Peak Inverse Voltage)를

넘어서는 전압이 가해지면 다이오드에

Avalanche breakdown이 발생하면서 소자가 망가진다.

 

 

하지만, 제너 다이오드는

PIV를 낮은 영역(Breakdown영역과 Reverse영역 경계 미만)으로 조절하여

항복영역에서의 특성을 이용한다.

 

 

다이오드는 전압이 일정(항복전압) 이하로 낮아지면

전압이 변해도 전류가 일정하게,

또는 전류가 변해도 전압이 일정하게

유지되는 특성을 가지고 있다.

 

따라서 일정한 전압을 유지하기 위한

정전압 회로에 주로 사용한다.

 

항복전압은 PN반도체 안에 들어있는

불순물의 함량에 따라 결정된다.

 

 

③ 쇼트키 다이오드

쇼트키 다이오드 전자기호

독일의 쇼트키라는 사람이 발견해서 붙여진 이름으로,

P형 반도체 대신 금속을 N형 반도체와 결합하여

문턱전압이 일반 다이오드보다 낮다.

 

순방향 전압 인가시 문턱접압이 0.2~0.3V로

일반 다이오드(정류 다이오드)의 문턱전압이 0.6~0.7V인 것에 비해 낮다.

따라서, 정류회로에서 손실이 더 적다.

 

 

또, 금속을 사용했기 때문에

전하가 충전되는 양(액티브 영역의 크기)이 작으며

이로 인해 순방향과 역방향 바이어스 전환 시,

고속의 복구 시간을 갖게 한다.

 

일반적으로, 다이오드의 극성을 바꾸어도

내부에 남아있는 소수캐리어에 의해

아주 작은 시간동안 전류가 흐르게 된다.

즉, 지연시간이 발생하는데

이 지연시간이 짧아지는 것이다.

 

이를 '고주파 특성이 좋다',

'고속 스위칭에 적합하다'라고 표현한다.

 

 

④ 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode), 포토 다이오드(Photo Diode)

발광 다이오드, 포토 다이오드는

전자를 들뜨게(exciting) 함으로써

빛을 방출하거나

혹은 역방향으로 전류를 흐르게 하는 것이다.

발광 다이오드(왼쪽), 포토 다이오드(오른쪽)

 

발광 다이오드 전자 기호

발광 다이오드는 전기 에너지를 빛에너지로,

 

포토 다이오드 전자 기호

포토 다이오드는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환한다.

 

이 부분은 따로 좀 더 자세하게 다루어 보겠다.

 

 

④ TVS 다이오드(Transient Voltage Supression)

TVS다이오드 전자기호

TVS 다이오드는 과도전압억제 다이오드라고 한다.

 

이름에서 알수 있듯이

전원단에서 일시적인 과전압(서지, 스파이크)를 흡수하여

회로를 보호하는 기능을 한다.

 

다만, 순간적인 과전압은 보호가 가능하지만

지속적인 과전압은 보호할 수 없다.

 

최근 전기차 시장이 성장함에 따라

그 수요가 계속해서 증가하고 있다.