다이오드, 제너다이오드 정리

이번 시간에는 다이오드에 대해서 알아보겠습니다!!!!

생각보다 많이 쓰이는 다이오드!!!

다이오드

먼저 다이오드는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 해주는 소자입니다.

따라서 역전압을 막을 수 있고(부품의 고장 방지)

교류를 직류로 만들어 주는 기능도 할 수 있습니다. 이 경우 보통 브릿지 다이오드를 사용합니다.

 

출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/다이오드_브리지

 

다이오드에 대해서 좀 더 자세히 알아보면 PN접합으로 이루어져 있습니다.

출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/P%E2%80%93n_junction

 

N형 반도체는 전자가 많이 존재하고 P형 반도체는 정공(hole)이 많이 존재한다는 특성이 있습니다.

P형 반도체와 N형 반도체를 좀 더 살펴보면

출처 : http://blog.naver.com/dotori6822/220879438059

 

그림(가) N형 반도체는 14족(Si, Ge) 원자에 15족(P, As, Sb) 원자를 첨가(도핑)해서 전자가 존재하는 경우입니다.

그림(나) P형 반도체는 14족(Si, Ge) 원자에 13족(B, Ga, In)  원자을 첨가(도핑)해서 정공(hole)이 존재하고

출처 : https://electronics.stackexchange.com/questions/140596/diffusion-process-in-p-n-junction

 

 

PN접합경계면 주위에 자유전자와 정공의 확산에 의해 공핍층이 생기게 되는데요.

P쪽 공핍층에는 (-)이온이 남고 N쪽 공핍층에는 (+)이온 전하가 남습니다.

공핍층에는 전기장이 형성되며 전기장 때문에 정공과 자유전자가 더 이상 확산되지 않고요. 

이 상태에서 순방항 바이어스를 걸어주게 된다면

출처 : http://www.globalsino.com/micro/1/1micro9831.html

 

P쪽에 +가 걸리면 정공이 밀려나고 N쪽에 -가 걸리면 전자가 밀려나면서 공핍층이 역할을 못하면서 전류가 흐르게 됩니다.

반대로 역방향 바이어스를 걸어주게 된다면

출처 : http://www.globalsino.com/micro/1/1micro9831.html

 

P쪽에 -가 걸리면 정공들이 왼쪽으로 쏠리고 N쪽에 +가 걸리면 전자들이 오른쪽으로 쏠리면서 공핍층이 커지게 되면서 전류가 흐르지 않습니다.

순방향 바이어스와 역방향 바이어스를 통해서 다이오드가 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 해주는 기능의 원리를 알아보았습니다.

다음은 다이오드의 IV곡선에 대해서 알아보겠습니다.

출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diode-IV-Curve.svg

 

순방향일 때는 Vd(Diffusion voltage) 확산전압일 때 공핍층이 역할을 못하면서 전류가 확 증가하게 됩니다.

일반적으로 Vd는 0.7V이고요.

역방향일 때는 Vbr(Break voltage) 항복전압 이상으로 전압이 가해지면 다이오드는 파손됩니다.

위는 회로도에서의 다이오드 기호이고 아래는 실제로 사용하는 다이오드 사진입니다.

 

 

 

제너다이오드

이제에 제너다이오드에 대해서 알아보겠습니다~

제너다이오드란 다이오드의 역방향 기능을 이용한 소자이고 일반 다이오드보다 더 많은 불순물을 첨가합니다.

제너다이오드가 주로 쓰이는 곳은 정전압 회로입니다!

정전압 회로란 일정치 않은 전압이 입력으로 들어와도 항상 같은 전압이 출력으로 나오는 회로입니다.

일반적으로 Vin이 바뀌면 Is가 바뀌어서 부하에 일정하지 않은 전압이 걸립니다.

하지만 여기에 제너다이오드를 사용함으로써 Iz가 일정하지 않아도 Vz가 일정하게 걸려

Vout이 일정하게 즉 정전압으로 출력이 나옵니다.

위의 다이오드 IV 곡선 그래프를 보게 되면 Breakdown에서 전압을 별로 변하지 않지만 전류는 크게 변함을 볼 수 있습니다.

위 회로에서는 Iz가 크게 바뀌어도 Vz는 거의 일정한 값을 갖게 되는 것이죠. 

정리하자면 다이오드는 역전압을 방지하여 소자들의 고장을 방지하고 교류를 직류로 변환해주는데에도 사용됩니다.

그리고 제너다이오드는 다이오드의 역방향 기능을 이용한 소자이고 정전압 회로에 주로 사용됩니다!