다이오드(Diode)란 무엇인가?
전자 소자의 한 종류인 다이오드(Diode)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 PN 접합체 입니다. 이것은 2개 전극을 가지고 전류를 한쪽으로 만 흐르게 해 줄 수 있습니다. 흡사 유체흐름에서 한쪽 방향으로만 흐름을 허용하는 체크 밸브 (Check valve) 처럼 말입니다.
(1) 다이오드(Diode)의 정류기능
특정회로에 교류 전류가 흐를 때 이것을 직류로 바꾸어 주는 것을 정류라고 하는데 다이오드(Diode)는 기본적으로 정류기능를 수행합니다.
위의 그림처럼 다이오드를 적절히 배열하여(브릿지 전파 정류회로) 교류전원과 연결하면, 교류로 인해 인가 전류의 방향이 주기적으로 바뀔지라도 항상 부하요소인 R을 통과하는 전류 방향은 일정하게 되는 데 이것이 정류된다는 의미입니다.
<참고>
정류를 거친 전류는 교류의 곡선을 그대로 간직한 채 방향만을 한쪽으로 바꾼 것이기 때문에 직류라기 보다는 맥류(脈流)에 가깝습니다. 여기에 저항, 콘덴서, 코일 소자의 성질을 이용한다면 직류에 가깝게 만들어 줄 수 있습니다. 이를 위한 회로를 평활회로 또는 필터회로라고 합니다.
결과적으로 교류전류파형은 (A) 상태에서 맥류형태의 직류(B) 상태로 바뀝니다.
(2) 그밖의 다이오드(Diode)의 기능
다이오는 정류기능 외에도 고주파속에서 음성신호를 검파 한다거나, 컴퓨터 회로에서 논리연산을 수행하기도 합니다.
1. 교류를 직류로 바꿀 수 있다.
2. 고주파속에서 음성신호를 검파 할 수 있다.
3. 컴퓨터 회로에서 논리연산을 수행한다.
다이오드(Diode)의 작동원리
다이오드(Diode)는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 PN 접합체 입니다. (+)극성을 갖는 정공(hole)이 다수 캐리어인 P형 반도체와 (+)극 전원이 연결되고 (-)극성을 갖는 전자(electron)가 (-)극 전원에 연결되어 공핍층에 형성된 전위장벽을 뛰어넘을 수 있는 0.7V 이상의 전원이라면 다이오드를 통해 전류가 흐를 수 있습니다. 단 반대의 경우라면 전류는 흐르지 않습니다.
다이오드의 작동원리를 더 자세히 이해하자면 반도체를 간략히 알고 있어야 합니다.
반도체 (Semi Conductor)의 재료인 실리콘(Si)의 특징은 각각의 원자가 4개 가전자 (valence electron)를 가지며 인접한 원자의 가전자와 공유결합을 한다는 것 입니다. 모든 외각의 전자가 서로 간의 공유결합에 사용되었기 때문에 전자가 이동하기 위한 빈자리 즉 (정공)가 없어 실리콘 (Si)는 절연체의 특성을 갖고 있습니다.
<참고>
반도체는 전자 (electron), 정공 (hole) 이라는 2개 반송자(charge carrier)가 있으며 이들 2개의 반송자를 통해 전류가 흐르게 됩니다.
(1) 정공과 전자가 각각 다수 반송자(Charge Carrier)인 P형 반도체와 N형 반도체
P형 반도체는 실리콘(Si)에 인(In)과 같은 불순물을 넣어 정공(hole)이 다수 캐리어 상태가 되도록 만든 전자소자입니다. 반면 N형 반도체는 비소(As)와 같은 불순물을 넣어 전자(electron)가 다수 캐리어 상태가 되도록 만든 전자 소자입니다. 이러한 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 놓으면 접합면에서의 N형 반도체 원자와 P형 반도체 원자는 각각 전자를 잃고 얻어서 양(+)이온과 음(-)이온으로만 존재하게 됩니다. 양(+) 이온과 음(-)이온 만이 존재하는 이 부분은 전기장을 형성하고 전위장벽을 만들고 있는 공핍층(Depletion Region) 이라고 합니다.
( 참고 : 정공(Hole)은 양극성을 띠며, 전자(Electron)는 음극성을 띱니다. 또한 실리콘의 경우 공핍층에서 형성된 전위장벽은 약 0.7V 입니다.)
(2) 다이오드(Diode)에 순방향 바이어스 상태를 만들면 전류가 흐른다.
정공이 다수 캐리어인 P형 반도체를 (+) 전극 전압원에 접속하고, 전자가 다수 캐리어인 N형 반도체를 (-) 전극 전압원 에 접속해본다면 다음과 같은 현상이 발생합니다.
1) N형 반도체의 전도대에 존재하던 전자들은 (-)극 전압원에 의해 접합면 쪽으로 밀쳐져서 이동합니다.
2) P형 반도체의 가전자대에 존재하던 정공들도 (+)극 전압원에 의해 접합면 쪽으로 밀쳐져서 이동합니다.
3) PN 접합면의 공핍층이 매우 얇아지고 (= 전위장벽이 매우 낮아져서) 전자와 정공은 상호 반대편으로 이동하는 데 더이상 방해를 받지 않게됩니다.
4) 결국 회로 내의 전류는 순 방향으로 잘 흐르게 됩니다.
(3) 다이오드(Diode)에 역방향 바이어스 상태를 만들면 전류가 흐르지 못합니다.
정공이 다수 캐리어인 P형 반도체를 (-)전극 전압원에 접속하고, 전자가 다수 캐리어인 N형 반도체를 (+)전극 전압원에 접속해본다면 다음과 같은 현상이 발생합니다.
1) N형 반도체의 전도대에 존재하던 전자들은 (+)극 전압원에 의해 접합면 반대쪽으로 끌려갑니다. 그리고 이러한 행위
는 원자가 전자를 잃게 되는 것으로 N형 반도체 내의 다수의 원자들은 (+)양이온이 됩니다. 결국 (+) 양이온이 증가하
고 공핍층 확대에 기여합니다.
2) P형 반도체의 원자들은 원자 가전자대에 있던 정공들이 (-)극 전압원에 의해 생산되는 전자들과 결합하여 전자를 얻
게되면서 (-) 음이온이 됩니다. (-)음이온의 증가는 공핍층 확대에 기여합니다.
3) PN 접합면의 공핍층이 매우 넓어지고 (= 전위장벽이 켜져서) 전자와 정공은 상호 반대편으로 이동할 수 없습니다.
4) 결국 회로내의 전류는 다이오드를 통해 흐르지 못하게 됩니다.
'항공정비사 > 구술해설' 카테고리의 다른 글
| 복합소재와 FRP (0) | 2023.04.19 |
|---|---|
| 실란트와 접착제의 차이 (0) | 2023.04.13 |
| 열경화성 수지와 열가소성 수지 (0) | 2023.04.12 |
| 알로다인(Alodine) 처리 (0) | 2023.04.04 |
| 연료의 수분 검사 (0) | 2023.03.16 |
