[Chapter-8] 다이오드
다이오드는 회로설계에 정말 많이 사용하는 소자입니다. 보통 역방향 전압을 보호하기 위해 사용됩니다.반드시 알아야 하는 내용만 다뤄보도록 하겠습니다.
1. 다이오드의 구조
- 다이오드는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 물리적 구조를 갖습니다.
- P-형 반도체 → 고순도 실리콘에 불순물을 첨가(도핑)하여 전자가 부족한 상태(홀 과잉)로 만든 것입니다.
- N-형 반도체 → P-형과 동일한 방법으로 불순물을 변경(도핑)하여 전자가 과잉 상태로 만든 것입니다.
2. 다이오드의 전류 특성
- 애노드에서 캐소드 방향으로 전류가 흐르는 것을 순방향(애노드쪽이 +방향)이라고 하며, 역방향으로 전류가 흐르는 것을 역방향(캐소드쪽이 +방향)이라고 합니다.
1) 정방향 특성
- 다이오드의 전류특성 그림에서 전압(Voltage)을 0V에서 점차 올려가면 VF=0.6V 주변까지는 다이오드에 전류가 거의 흐르지 않습니다 (IF=0).
- 전압을 더 올려가면 전류 IF가 흐르고 ID가 늘어나도 다이오드 전압 VF는 거의 증가하지 않고 0.6~0.7V에서 일정합니다. 이 전압을 순방향 전압이라고 합니다.
- 순방향 전압이 거의 일정해지는 이유는 다이오드 전압 VF에 비해 전류 IF가 지수 함수적으로 증가하기 때문입니다.
- VF=0.6V는 통상 자주 사용하는 다이오드의 Foward Voltage라고 하고, 다이오드의 정격용량에 따라 VF가 0.3V도 있고 다양합니다. 반드시 사양서를 확인해 주세요.
2) 역방향 특성
- 다이오드의 전류특성 그림에서 전압을 더 높게 해도 전류 IR은 거의 흐르지 않으며 소량의 전류(nA )만 흐릅니다. 이 전류를 누설 전류라고 합니다. 전압을 더 높게 해 가면, 급격히 전류가 흐르는 전압이 있습니다. 이를 브레이크다운 전압이라고 합니다. 일반적인 다이오드는 이 시점에서 파괴됩니다. 그러나 이 현상을 적극적으로 활용한 것이 있으며, 이를 정전압 다이오드(젠너 다이오드)라고 합니다.
3. 대전류 다이오드(정류용)
- 대전류 다이오드는 전원 정류용으로 대표되며 정류용 다이오드로도 불립니다.
- 특성은 일반 다이오드와 동일하지만, 역전압이 일반 회로 전압의 3배가 걸린다거나, 평활용 커패시터에 흐르는 전류가 일반 회로 전류의 수십 배가 흐를 수 있습니다.
4. 정전압 다이오드(제너)
- 브레이크다운 현상이 낮은 전압에서 발생하도록 만든 다이오드로, 고정 전압 회로에 사용됩니다.
5. 발광 다이오드(LED)
- 다이오드에 정방향 전류를 흐르게 하면 발광 효과가 있습니다.
- 일반 다이오드의 경우 효과가 매우 작지만 특수한 반도체 소재(주로 갈륨 기반 소재)에서는 발광 효과가 두드러집니다.
- 이것을 활용한 것이 발광 다이오드(LED)입니다.
1) 순방향 특성
- LED의 재료에 따라 정방향 전압 VF가 다릅니다.
- 일반적으로 2V 근처입니다.
- 또한 동일한 유형의 경우에도 VF에 흩어짐이 있으므로 여러 개의 LED를 구동할 때 주의가 필요합니다.
2) 역방향 특성
- LED의 역방향 정전압은 낮고, 3-6V입니다. 역전압이 이 값을 초과하면 파괴됩니다.
3) 밝기의 온도 의존성
- 보통 -1% /℃의 온도 계수를 가집니다.
4) 방향성
- LED의 렌즈 등에 따라 방향성이 변합니다.
- 밝기가 반감되는 각도를 방향 각도라고 하며, 넓은 방향성과 좁은 방향성이 있습니다.
정말 단순하게 다루어 보았습니다. 개략적인 개념만 이해하시면 됩니다. 실제로 어떻게 회로에 사용되는지는 회로설계편에서 상세하게 다루도록 하겠습니다.