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다이오드(Diode)는 전류를 한쪽 방향으로 흐르게 해주는 반도체다. 흰색 또는 검은색으로 표시된 쪽을 -극에 연결하면 전류가 흐른다.
역사[편집 | 원본 편집]
진공관[편집 | 원본 편집]
최초의 다이오드는 지금과 같은 형태가 아니라 진공관이었다. 에디슨이 발견한 열전자 효과를 이용해 영국의 존 앰브로즈 플레밍이라는 사람이 이극 진공관을 만들었다.
원리는 진공 상태에서 열을 받아 전자를 내놓을 수 있는 상태인 열음극(Hot Cathode)에서 양극(Anode)으로 전자가 이동하는 것. 전극이 반대로 연결된다면 차가운 쪽은 전자를 내놓을 수 없기에 전류가 흐를 수 없다.
이후 전자를 조절할 수 있는 전극 그리드가 추가되어 3극 이상의 진공관이 탄생했고, 이게 곧 트랜지스터가 되었다. 최초의 컴퓨터 에니악에 쓰인 것도 이런 류의 진공관이다.
반도체[편집 | 원본 편집]
규소 등을 활용한 반도체가 발전하면서 p-n 접합 다이오드가 새롭게 발명되었다. P형 반도체는 정공을 가지고 있고, N형 반도체는 자유전자를 가지고 있어 두 반도체를 붙여 놓고 전기를 흘려주면 정공은 -극으로, 자유전자는 +극으로 이동한다. 이 때 서로 만나는 방향으로 이동하면 정공과 자유전자가 서로 상쇄되면서 전류가 흐를 수 있지만 반대방향이라면 전류가 흐를 수 없다. 이 때 전류가 흐를 수 있는 방향을 순방향, 반대를 역방향이라고 한다.
특징[편집 | 원본 편집]
바이어스[편집 | 원본 편집]
- 다이오드 양단에 정방향(p→n)으로 전류가 흐르면 전압이 약간 낮아진다. 실리콘 다이오드는 약 0.7V 이다.
- 역방향으로 전압을 걸면 PIV 이전까지는 전류가 거의 흐르지 않는다. (이론적으로는 0A지만. 실제로는 아주 작은 전류가 흐른다.)
한계전압[편집 | 원본 편집]
Peak Inverse Voltage (PIV) 라고 하며, 다이오드가 전자회로 안에서 받는 최대 역전압을 의미한다. 항복전압이 이 한계 전압값보다 더 큰 다이오드를 써야만 회로가 안정적으로 작동한다.
특성[편집 | 원본 편집]
이상적인(ideal) 다이오드는 정방향일 때 단락된(short) 회로처럼 작동하고, 역방향으로 전압이 걸리면 개방된(open) 회로로 작동해서 전류를 차단한다. 그러나 실제로 이런 다이오드는 존재하지 않으므로 정방향일 때, 0.6~0.7V 정도의 전압이 걸리면 동작한다. (실리콘 다이오드 기준) 그러니까. 정방향이라도 0~0.5V 정도에서는 동작하지 않는다는 의미.
그리고, 역방향으로 항복 전압(Breakdown voltage) 이상을 걸면 다이오드가 파괴된다.[1] 각 다이오드마다 그 값이 다르므로, 사용하고자 하는 부품을 찾은 다음 해당 부품의 제조사가 공개한, 해당 부품의 데이터 시트에 그 Breakdown Voltage 값을 참고하는 것이 좋다.
모델링[편집 | 원본 편집]
다이오드가 포함된 회로를 분석하기 위해 다양한 등가 모델들이 나와 있다.
이상적인 다이오드 모델[편집 | 원본 편집]
전압이 0V 이상이면 무한대의 전류를 흘리고, 0V보다 낮은 전압을 걸어주면 0의 전류를 흘린다고 보는 모델이다. 이 경우 다이오드를 단순히 전압의 방향에 따라 꺼지거나 켜지는 스위치로 생각할 수 있다. 부정확하지만 계산을 간단히 하는데 유용하다.
일정 전압 강하 모델[편집 | 원본 편집]
특성 단락에서 나왔듯 다이오드는 내부 전압을 가지고 있어 그 전압 이상을 걸어주어야 동작한다. 실리콘의 경우 약 0.7V이므로, 앞의 이상적인 다이오드 모델의 스위치에 -0.7V의 전압원을 달아준 모양으로 생각힐 수 있다.
소신호 모델[편집 | 원본 편집]
실제 다이오드는 전압에 따라 전류가 지수함수적으로 증가한다. 특정한 양의 전압을 기준으로 위아래로 작게 진동하는 신호(소신호)의 경우, 흐르는 전류가 전압에 따라 변하게 된다. 이에 따라 다이오드를 저항으로 생각할 수 있다. 그 저항의 크기는 다이오드에 흐르는 전류를 전압에 따라 미분한 값의 역수이다. 소신호이므로 이 값이 거의 일정하다고 볼 수 있다.
다이오드의 쓰임과 종류[편집 | 원본 편집]
각종 전자회로에 쓰인다. 다이오드의 특성상, 정류기에 사용할 수 있다.
종류[편집 | 원본 편집]
각주
- ↑ 제너 다이오드는 예외