다이오드의 주요 기능과 종류는?
다이오드의 의미와 종류
2 단자 전자 부품인 다이오드(Diode)는 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있게 유도해주는 전기 부품입니다. 이러한 특성을 비대칭 전도성이라고 합니다. 다이오드 진공관 또는 열전자 다이오드는 기본적으로 두 개의 전극, 즉 전자가 음극에서 판으로 한 방향으로만 흐르는 양극이 있는 진공관입니다. 따라서 다이오드는 기본적으로 한쪽 방향은 높은 저항을 가지고 다른 방향은 낮은 저항을 가지게 됩니다. 따라서 전압을 제한하여 회로를 보호하고 교류를 직류로 변환하는 데에도 사용됩니다. 그리고 회로 다이어그램에서 다이오드는 한 꼭짓점에 선이 있는 삼각형으로 표시됩니다. 1874년 독일의 물리학자 페르디난트 브라운이 결정성 광물과 금속 사이의 접촉에서 비대칭 전도를 발견했습니다.
반도체 다이오드는 실제로 최초의 반도체 전자 장치였으며, 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 유형의 다이오드 또한 반도체 다이오드입니다. 이는 보통 실리콘과 게르마늄으로 만들어지는 결정성 물질이며 PN 접합부가 두 개의 전기 단자에 연결되어 있습니다. 실리콘 다이오드는 게르마늄 다이오드에 비해 열에 쉽게 손상되지 않기 때문에 더 인기 있습니다. 그리고 그 외에도 간혹 갈륨비소 같은 다른 반도체 물질로도 다이오드를 제작합니다. 그리고 다이오드에는 그리고 비록 그들 모두가 한 방향으로 흐르는 전류를 가지고 있지만, 전류가 전달되는 방식은 다양합니다. 다이오드에는 양극과 음극이라는 두 개의 단자가 있으며 양극 전압이 음극 전압보다 높을 때마다 다이오드는 전방 바이어스를 가지며 상대적으로 낮은 전압 강하로 전도됩니다. 마찬가지로 음극 전압이 양극보다 양수일 때 다이오드는 역 바이어스를 갖는다고 말합니다. 그리고 일반적으로 다이오드는 PN 접점을 사용합니다. 이러한 유형의 다이오드에서 전자가 전하 운반체인 첫 번째 재료(N)는 전하 운반체로 작용하는 전자가 고갈된 구멍이 두 번째 재료(P)에 인접해 있습니다. 그리고 이들의 접점에서는 전자가 확산되어 P면의 구멍을 메우는 결핍 영역이 형성되게 됩니다. 이것은 더 이상 전자가 흐르는 것을 막습니다. 이 접점이 전방으로 바이어스 되면 전자가 접점을 가로질러 쉽게 이동하여 구멍을 메우고 전류가 다이오드를 통해 흐릅니다. 접점이 역방향으로 편향되면 고갈 영역이 넓어지고 전자가 쉽게 이동할 수 없게 됩니다. 전류는 고장 전압 같은 특정 전압에 도달하여 전류가 갑자기 증가할 때까지 매우 적은 상태로 유지됩니다. 그리고 발광 다이오드는 전류가 흐를 때 빛을 방출하는 PN의 접합부입니다. 여러 개의 PN 접합 다이오드를 직렬로 연결하여 교류를 직류로 변환하는 전기 구성 요소인 정류기를 만들 수 있습니다. 제너 다이오드는 고장 전압이 잘 정의되어 있어 전류가 해당 전압에서 역방향으로 흐르며 전압이나 전류의 변동에도 영향을 받지 않고 일정한 전압을 유지하는 게 가능합니다. 가변용량 다이오드에서는 바이어스 전압이 변동하면 다이오드의 정전 용량이 변화합니다. 초기 다이오드는 음극과 양극으로 충전된 두 개의 전극이 들어 있는 진공관 또는 금속 전자관의 형태를 하고 있었습니다. 이것들은 정류기와 라디오나 텔레비전 수신기와 같은 전자 회로의 감지기로 이용되었으며, 양극에 양전압이 인가되면 가열된 음극에서 방출된 전자가 판으로 흐른 뒤 외부 전원 공급을 통해 음극으로 돌아갑니다. 판에 음의 전압이 인가되면 전자가 음극에서 빠져나오지 못하고 판 전류가 흐르지 않습니다. 따라서, 다이오드는 전자가 음극에서 음극으로 흐르도록 해주지만, 양극에서 음극으로 흐르지는 않습니다. 그리고 교류 전압이 양극의 판에 적용되면 판이 양일 때만 전류가 흐릅니다.
다이오드의 주요 기능
이런 다이오드의 가장 일반적인 기능은 바로 전류가 다른 방향이나 반대 방향의 흐름을 차단하더라도 한 방향으로 흐를 수 있게 만들어주는 것입니다. 또한 비선형 전류 전압 특성으로 인해 다이오드는 단순히 기능을 끄고 켜는 이상의 복잡한 동작을 완벽하게 이뤄낼 수 있습니다. 예를 들어, 반도체 다이오드는 전방향에 일정량의 전압이 존재하는 경우에만 전기를 전송하며 순방향 바이어스 다이오드의 전압 강하는 전류에 따라 약간만 변합니다. 이 기능은 온도 센서 등에서 유용하게 이용할 수 있습니다. 또한 다이오드의 역방향 전류에 대한 다이오드의 높은 저항은 다이오드의 역방향 전압이 파괴 전압 값에 도달하면 갑자기 떨어질 수도 있습니다. 반도체 제조 시에 어떤 불순물로 도핑했냐에 따라 반도체 다이오드의 전압 특성이 변화하게 됩니다. 그중에 발광 다이오드는 이름에서 알 수 있듯이 전극 사이의 전류가 통과할 때 켜지는 다이오드입니다. 많은 다이오드 중에서 생성된 빛은 주파수 레벨이 시야를 확보하지 못하기 때문에 보이지 않으며 다양한 색상으로 나타날 수 있습니다. 조명의 색상은 LED에 사용되는 반도체의 에너지 갭에 따라 변화합니다. 그리고 레이저 다이오드는 일관된 빛을 생성합니다. LED에 비해 비싸고 다른 레이저 발생기에 비해 저렴하지만 수명이 짧은 편이어 오래 이용하는 것이 불가능합니다. 다음으로 애벌런치 다이오드는 역 바이어스 방식을 이용하는 다이오드로 쇄도 효과를 이용하여 동작합니다. 이 다이오드는 민감성이 높아 사진 감지에 유용합니다. 제너 다이오드는 안정적인 기준 전압을 제공한다는 장점이 있습니다. 이들은 역방향 바이어스 방식으로 작동하다가 특정 전압에 부딪히면 고장이 나지만 저항기를 통해 흐르는 전류가 제한되면 안정적인 전압이 발생하게 됩니다. 이런 제너 다이오드는 주로 기준 전압을 제공하기 위해 전원 공급기에서 사용됩니다. 그리고 정류기 용도로 주로 사용되는 쇼트키 다이오드는 다른 실리콘 PN 접합 다이오드에 비해 순방향 전압이 낮으며 광다이오드는 빛으로 인한 소량의 전류 흐름도 감지할 수 있는 역 바이어스 다이오드입니다. 빛 탐지에 주로 사용되며 태양 전지 및 광도계에서 흔히 볼 수 있습니다. 그리고 PN 접합 다이오드는 일반적으로 두 개의 반도체 레이어로 구성되어 있는데 한 레이어는 P형 재료로 도핑되어 있고 다른 레이어는 N형 재료로 도핑되어 있습니다. 이러한 P형 층과 N형 층의 조합은 PN 접합으로 알려진 접합부를 형성하며, 그래서 PN 접합 다이오드라는 이름으로 불립니다. 정류 프로세스에 사용되는 PN 정션 다이오드는 정류기 다이오드라고도 부르며, 이는 전류가 전방 방향으로 통과하도록 하고 역방향의 전류 흐름을 차단하는데 이용합니다.
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