다이오드 순방향 특성과 응용

1. 다이오드 순방향 특성 

다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하는 반도체 소자입니다. 다이오드의 순방향 특성은 다이오드에 인가되는 전압과 다이오드를 통해 흐르는 전류 사이의 관계입니다. 다이오드의 순방향 특성은 쇼클리 다이오드 방정식을 사용하여 모델링할 수 있습니다. 쇼클리 다이오드 방정식은 다이오드를 통해 흐르는 전류와 다이오드에 인가되는 전압을 연관시킵니다. 방정식은 다음과 같습니다: I = I_s (e^(V_d / (n*V_T)) - 1) 여기서 I는 다이오드에 흐르는 전류, I_s는 역포화 전류, V_d는 다이오드에 걸쳐 인가되는 전압, n은 이상 계수, V_T는 열전압입니다. 역포화 전류는 전압이 인가될 때 다이오드를 역방향으로 흐르는 소량의 전류를 나타냅니다. 이상 계수는 다이오드 내의 소수 캐리어의 재결합 과정의 효율성을 반영하는 매개 변수입니다. 열 전압은 장치의 온도에 따라 달라지는 파라미터입니다. 요약하면, 다이오드의 순방향 특성은 쇼클리 다이오드 방정식을 사용하여 모델링할 수 있습니다. 쇼클리 다이오드 방정식은 다이오드를 통해 흐르는 전류와 다이오드를 가로질러 인가되는 전압을 연관시킵니다. 결과 그래프는 전압과 전류 사이에 지수 관계가 있는 비선형 곡선입니다.

2. 제너다이오드

제너 다이오드는 역 바이어스 모드에서 동작하도록 특별히 설계된 반도체 다이오드의 한 종류입니다. 한 방향으로만 전류가 흐르도록 설계된 일반 다이오드와 달리 제너 다이오드는 일단 특정 임계 전압에 도달하면 반대 방향(즉, 역 바이어스)으로 전류가 흐르도록 설계되었습니다. 제너 다이오드가 역편향일 때 일반 다이오드와 마찬가지로 다이오드에 소량의 역 포화 전류가 흐릅니다. 그러나 다이오드에 인가되는 전압이 "제너 전압"으로 알려진 특정 임계값 전압에 도달하면 다이오드는 역방향으로 상당한 양의 전류를 전도하기 시작합니다. 이 역방향 전류는 넓은 범위의 역방향 바이어스 전압에 대해 상대적으로 일정하며, 이는 제너 다이오드를 전자 회로의 전압 조절에 유용하게 만듭니다. 전압 레귤레이터 회로에 사용되는 경우, 제너 다이오드가 부하 저항과 병렬로 배치되고, 제너 다이오드를 통해 흐르는 전류를 조정하여 부하 저항 전체의 전압이 일정하게 유지됩니다. 제너 다이오드는 일반적으로 수 볼트에서 수백 볼트까지 다양한 제너 전압 범위에서 사용할 수 있습니다. 이들은 종종 전원 공급 장치, 전압 조절기 및 신호 조절 회로와 같이 안정적인 기준 전압이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다.

3. 정류회로

정류 회로는 AC(교류) 전원을 DC(직류) 전원으로 변환하는 데 사용되는 전자 회로입니다. 많은 전자 장치가 제대로 작동하기 위해 DC 전원을 필요로 하기 때문에 이것은 중요한 기능입니다. 정류 회로는 일반적으로 라디오, 텔레비전 및 컴퓨터와 같은 전자 장치의 전원 공급 장치에 사용됩니다. 가장 일반적인 정류 회로 유형은 다이오드 정류 회로입니다. 이 회로에서는 하나 이상의 다이오드를 사용하여 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하여 AC 입력 전압을 펄스 DC 전압으로 효과적으로 변환합니다. 반파장 정류 회로는 단일 다이오드를 사용하여 AC 입력 전압을 보정합니다. 다이오드는 AC 전압의 양의 반주기 동안만 전류를 전도하여 입력 전압의 음의 반주기를 효과적으로 "차단"합니다. 결과 출력 전압은 AC 입력 전압의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 맥동 DC 전압입니다. 전파 정류 회로는 4개의 다이오드를 사용하여 AC 입력 전압을 보정합니다. 다이오드는 브리지 정류기로 알려진 구성으로 배열되어 있으며, 이를 통해 AC 입력 전압이 양극 및 음극 하프 사이클에서 모두 정류될 수 있습니다. 결과 출력 전압은 AC 입력 전압의 두 배 주파수를 갖는 맥동 DC 전압입니다. 정류 회로에서 출력되는 맥동 DC 전압을 평활화하기 위해 필터 회로가 추가되는 경우가 많습니다. 필터 회로는 일반적으로 부하 저항과 병렬로 연결된 커패시터로 구성되며, 이는 AC 입력 전압의 피크 동안 전하를 저장했다가 트로프 동안 방출하여 맥동 DC 전압을 평활화하는 데 도움이 됩니다.

4. 클램핑 회로

제한 및 클램핑 회로는 입력 신호를 수정하는 데 사용되는 두 가지 유형의 전자 회로입니다. 두 가지 유형의 회로는 일반적으로 전자 신호 처리 및 조건화 애플리케이션에 사용됩니다. 제한 회로는 입력 신호의 진폭을 특정 범위로 제한하는 데 사용됩니다. 이는 입력 신호가 진폭의 큰 변동을 받아 다운스트림 구성 요소가 왜곡되거나 손상될 수 있는 경우에 유용합니다. 제한 회로의 간단한 예로는 전압 리미터(Voltage Limiter)가 있는데, 이는 제너 다이오드 또는 다른 유형의 다이오드를 사용하여 입력 신호의 전압을 특정 범위로 제한합니다. 반면, 클램핑 회로는 입력 신호의 DC 레벨을 원하는 레벨로 전환하는 데 사용됩니다. 이는 입력 신호가 편향되거나 제거 또는 조정이 필요한 DC 오프셋이 있는 애플리케이션에서 유용합니다. 클램핑 회로의 간단한 예로는 커패시터를 사용하여 입력 신호의 DC 성분을 차단하고 AC 성분을 원하는 DC 레벨로 이동시키는 커패시터 결합 클램프가 있습니다. 제한 회로와 클램핑 회로는 모두 피크 검출기 또는 샘플 홀드 회로와 같은 더 복잡한 신호 조절 회로에서 결합될 수 있습니다. 이러한 회로들에서는 입력 신호의 진폭을 일정 범위로 제한하기 위해 제한 회로가 사용되고, 클램핑 회로는 입력 신호의 DC 레벨을 원하는 레벨로 이동시키기 위해 사용됩니다.