[다이오드] 다이오드란? 다이오드의 원리, 다이오드의 역할

 

 

 

안녕하세요. 취업한 공대누나입니다.

오늘부터는 다이오드에 대해 공부해보도록 하겠습니다.

저는 보호소자로도 또는 일정한 전압을 유지시키도록 주로 많이 사용하는데요.

다이오드란 무엇인지, 어떤 원리로 위와 같이 사용할 수 있는지 알아보는 시간을 가져보겠습니다.

 

 

 

 

 

 

1. 다이오드란?

 

 

다이오드는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 성질을 가진 반도체 소자입니다.

이렇게 전류를 한쪽으로만 흐르게 하고 반대쪽으로 흐르지 않게 하는 것을 '정류 작용' 이라고 합니다.

이러한 특징을 이용해 교류를 직류로 변환할 때 사용 할 수도 있습니다.

P형 반도체의 단자를 애노드(Anode), N형 반도체의 단자를 캐소드(Cathode)라고 합니다.

그렇다면 다이오드 내부는 어떻게 구성되어 있길래 이러한 특징을 갖게 되었을까요?

 

 

2. 다이오드의 원리

 

다이오드는 PN접합, 즉 P형 반도체와 N형 반도체의 접합으로 이루어져 있습니다.

이러한 내용을 이해하기 위해 반도체에 대해 조금 공부하고 시작해봅시다.

 

진성 반도체(순수한 상태인 반도체)는 14족인 Ge와 Si만 존재하는 상태를 말합니다.

거기에다가 15족 원소나(As) 13족 원소(In)의 불순물을 첨가하여 N형 반도체와 P형 반도체가 만들어집니다.

 

N형 반도체는 전하를 옮기는 운반자로써 자유전자가 사용되고,

P형 반도체는 정공이 사용됩니다.

 

PN접합은 P형 반도체와 N형 반도체의 접합시켜 놓은 것이라고 했는데요.

이렇게 접합시켜 놓으면 P형과 N형의 경계면에서는 어떤 일이 벌어지게 될까요?

도핑 종류가 다른 두 반도체를 접합시키면 자유 정공과 자유 전자가 서로 결합해 사라지게 됩니다.

그러면 그 자리에는 이온들만 남게됩니다.

캐리어가 없기 때문에 이를 공핍 영역(Depletion Region)이라고 부르며

공간 전하만 있다고 해서 Space Charge Region, SCR이라고 부르기도 합니다.

 

이러한 공핍 영역을 통과하기 위해서는 일정 전압 이상이 필요합니다.

이를 전위 장벽 이라고 합니다.

일반적으로 실리콘(Si)은 0.6~0.7V, 게르마늄(Ge)는 0.2~0.3V가 필요합니다.

그래서 보통 다이오드 양단에 전류가 흐르면 전압이 일정하게 낮아집니다.

 

 

 

이러한 PN접합 다이오드에 순방향 전압을 걸게 되면

P영역의 자유 정공이 N영역으로 이동하게 되고 N영역의 자유 전자가 P영역으로 이동하며 공핍층이 줄어듭니다.

결과적으로 전류가 원활하게 흐르게 됩니다. 

 

역방향 전압을 걸게 되면

P영역의 자유 정공이 N영역의 반대편으로 이동하게 되고 N영역의 자유 전자가 P영역의 반대편으로 이동하며

공핍층이 늘어나게 됩니다.

결과적으로 전류가 흐르지 않게 됩니다.

 

 

 

3. 다이오드의 역할

 

 

이러한 다이오드의 특성을 이용해서 역전압을 막아주는 역할로 사용합니다.

(회로에 역전압이 발생하여 회로가 파괴될 수도 있습니다.)

그리고 Surge나 Spike등 과전압을 보호해주는 보호 소자로도 사용(TVS 다이오드)하기도 하고

전압을 일정하게 유지해주는 용도로도 사용합니다. (제너 다이오드)

 

 

이외에도 더 많은 용도들이 있습니다.

이에 대한 자세한 내용들은 다음 포스팅에서 자세히 다루도록 하겠습니다.

 

 

 

다음 시간에는 다이오드의 전기적 특성을 조금 더 알아보고

많은 다이오드의 종류들의 특징에 대해 정리해보는 시간을 갖겠습니다.

모두 수고하셨어요 ㅎㅎ