다이오드는 어떤 성질을 가지고 있을까?

[덤보]

다이오드의 다양한 모습과 반도체의 일종이라는 것을 이제 알았다.

그럼 다이오드는 어떻게 동작되고하는 것일까?

먼저 다이오드를 이야기 하기전에 반도체에 대해 잠깐 이야기 한 적이 있다.

그렇다면 반도체란 과연 무엇일까?

전기를 통하는 물질을 가지고 전기를 통하는 물질을 도체(導體)
전기를 통하지 않는 물질을 부도체(不導體)라고 한다.
그런데 도체와 부도체의 중간성질을 가지고 있는 물질은 없을까?
바로 그것을 반도체(半導體)라고 한다.

전기가 통한다는 것은 물질 내부의 자유전자라고 하는 것이 외부의 공급된 에너지에 의해 자유롭게 이동하는 것을 말하고,
전기가 통하지 않는 다는 것은 물질 내부에 자유전자가 없거나 자유전자가 이동할 수 없는 것을 말할 수 있다.

자유전자가 이동할 수 없는 물질을 통상 순결정체(단결정 이라고도 함)라고 하는데
이 순결정체에 인위적으로 다른 물질을 첨가해서 자유전자의 흐름(전기전도)을 제어한 물질이 바로 반도체라고 생각하면 된다.

반도체의 원료로는 실리콘, 게르마늄 등이 사용되는데  순수한 실리콘과 게르마늄은 아주 낮은 전기 전도도를 가지기 때문에

전도도를 높여주기위해 불순물을 첨가하게 되는데 이를 도핑(dopping)이라고 한다.

도핑에 사용되는 물질에 의해 반도체는 N형 반도체, P형 반도체로 구분되어 지는데

비소(As)와 안티몬(Sb)의 물질을 첨가하여 전자(-)가 많이 생기게한 반도체를 N형 반도체,
인듐(In)과 갈륨(Ga)의 물질을 첨가하여 전자(-)의 빈자리(정공)가 많이 생기게한 반도체를 P형 반도체라 한다

쉽게 말해서(실제로는 전자물리학이라는 상당히 복잡한 이론이 전개되어야 한다.) 전자가 많이 생긴 반도체와

전자의 빈자리가 생긴 반도체를 서로 연결하면 전자는 전자의 빈자리로 이동하게 되고 결국 전기가 통하게 되지만,

체워진 전자의 빈자리에서 반대로 전자를 빼내올 수 가 없으므로 전기의 흐름이 한쪽 방향으로만 이루어지게 되어

도체와 부도체의 중간성질인 반도체의 특성이 나타나게 되는 것이다..(그림 참고)

다이오드는 이러한 반도체 특성을 이용한 것으로, 두개의 반도체를 접합시켜 만들기 때문에 접합 다이오드(Junction diode)라고

한다.

다이오드 기호(심볼)

                       다이오드 기호(심벌)                                     다이오드 부품 표시

                                        애노드(Anode: 양극)는 P(Positive), +, 또는 A로 표시하고

                                        캐소드(Cathode: 음극)는 N(Negative), - , 또는 K로 표시한다.

전자회로에서 다이오드와 외부전원의 연결방법은 2가지가 있는데,

외부전압의 음극(-)을 N형 반도체쪽에, 양극(+)을 P형 반도체쪽에 연결하는 경우를 순방향 바이어스(Forward bias)  
외부전압의 극을 반대로 연결한 경우를 역방향 바이어스(reverse bias)라 한다.

다이오드를 외부전원과 순방향으로 연결할때  (+)전원은 다이오드 Anode와, (-) 전원은 다이오드 Cathode에 연결하고,

역방향으로 연결할 때는 순방향과 반대로 연결한다.

                              다이오드 순방향 연결                                        다이오드 역방향 연결

순방향으로 연결된 실리콘 다이오드는 약 0.7V 이상의 전압이 공급되면 전류가 흐르게되고, 게르마늄 다이오드는 경우
순방향 전압이 0.3V 이상 공급되면 전류가 흐르게 된다.(이것을 바이어스 전압이라고 함).
이렇게 순방향일지라도 특정전압 이상이 될 경우에만 전류를 흘려주는 점을 턴온(turn-on) 전압이라고 한다.
 
역방향으로 연결된 다이오드는 공급되는 전압에 관계없이 전류가 거의 흐를 수 없다.
그러나 계속 역방향 전압을 증가 시키면,  어떤 전압 이상에서 큰 전류가 흐르게 되고 다이오드가 파손되게 되는데,
이를 다이오드 항복점(reverse breakdown voltage)이라 한다.(특성곡선 그림 참조) 
항복점을 이용한 다이오드가 제너다이오드(zener diode)다.

다이오드 특성곡선

[Der Techniker]

'턴온 전압' 이상의 전압에서 전류가 급격히 증가하네요.