[전자회로] 다이오드의 특성과 다이오드의 종류와 역할

0. 포스팅을 시작하며

오늘은 다이오드의 전압-전류 특성곡선과 다이오드의 종류는 어떤 것들이 있는지, 어떤 역할을 하는지 알아보겠습니다.
 
전에 포스팅한 내용과 연결되는 부분이니, 아래 링크 확인하시면 더욱 도움 되실 겁니다 :)
 

[전자회로] 다이오드란? 다이오드의 구조, 다이오드의 동작원리

 

그럼 바로 가시죠!! 

 

 

1. 다이오드의 특성

다이오드 전압-전류 특성곡선

다이오드의 특성은 3가지로 나눌 수 있습니다.  1) 순방향 특성, 2) 역방향 특성, 3) 항복 전압 특성

각각의 특성을 활용하여 다이오드를 여러 가지 종류로 분류하기 때문에 특성에 대해서 먼저 알아보겠습니다.

 

 

1) 순방향 특성

순방향 전압이 인가되면 아주 미세하게 순방향으로 전류가 흐르다가 Vf(문턱전압)이 넘어서기 시작하면 전류가 급속도로 흐르게 됩니다.

 

2) 역방향 특성

역방향 전압이 인가되면 역방향으로 아주 미세하게 전류가 흐르지만 통상적으로 전류가 흐르지 않는다고 표현합니다. 

 

3) 항복 전압(Breakdown Voltage) 특성

항복전압 이상으로 역방향 전압이 인가되면 역방향 전류를 차단하지 못하고, 다이오드가 ON 되어 역방향으로 전류가 흐르게 됩니다.

*항복전압: 역방향 전압의 크기가 어느 한계점을 넘어서면 역방향으로 큰 전류가 흐르게 되는데, 그 한계점을 항복전압이라고 합니다.

 

2. 다이오드의 종류와 역할

 

위의 설명드린 특성을 활용하여 대표적으로 실무에 많이 사용이 되는 다이오드 위주로 종류를 알아보겠습니다 :)

 

 

1) 정류 다이오드(Rectifier Diode)

정류 다이오드는 가장 기본적으로 사용되는 다이오드입니다. 순방향으로만 전류가 흐르고 역방향으로는 전류가 흐르지 않는 특성을 활용합니다. 

 

정류 다이오드 Vin - Vout 파형 비교

 

위의 그림처럼 Vin이 0보다 클 경우 즉, 순방향 전압이 인가될 경우 저항 R에 전류가 흘러 Vout이 출력되지만,

Vin이 0보다 작을 경우 즉, 역방향 전압이 인가될 경우 저항 R에 전류가 흐르지 않아 Vout이 0이 됩니다.

이러한 정류 다이오드는 교류신호를 직류신호로 변환하는 목적으로 많이 사용됩니다.

 

2) 발광 다이오드 (LED)

발광 다이오드(LED)는 순방향 전압이 인가되었을 때, 다이오드에 전류가 흐르면 빛을 내는 특성이 있습니다.

 

발광 다이오드 Vin-Vout 파형 비교

 

위의 그림처럼 LED의 Vf값이상의 순방향 전압이 인가될 경우, LED에 전류가 흘러 빛이 켜집니다.

이러한 발광 다이오드는 제품의 출력상태를 표시한다거나, 에러를 표시하는 등, 사용자에게 상태를 표시를 해주는 역할로 많이 사용됩니다.

 

 

3) 포토 다이오드 (Photo Diode)

포토 다이오드는 발광 다이오드와 반대로 빛을 받으면 빛 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 소자입니다.

포토 다이오드에 빛을 쏘게 되면 역방향으로 전류가 미세하게 흐르게 됩니다. 받는 빛의 세기가 셀수록 포토 다이오드에 흐르는 역전류가 점점 더 커지는 특성이 있습니다.

 

포토 다이오드 증폭 회로

 

위의 그림처럼 포토 다이오드는 빛을 받아 미세한 전류를 흐르게 하기 때문에 증폭 회로로 증폭하여 출력을 얻는 방식으로 많이 사용됩니다. 보통은 LED와 포토 다이오드를 SET으로 설계하여 LED가 쏘는 빛의 일부분을 포토 다이오드가 받는 형태로도 설계를 합니다. 이러한 포토 다이오드는 빛을 감지하는 센서로 많이 사용됩니다. 

 

4) 제너 다이오드 (Zener Diode)

제너 다이오드는 다이오드의 역전압, 항복 전압 특성을 이용한 다이오드입니다.

제너 다이오드에 역방향으로 항복 전압(Vz) 이상의 전압을 인가하게 되면, 제너 다이오드 양단의 전압이 항복 전압(Vz)으로 일정하게 유지됩니다. 즉, 전압을 일정하게 유지하는 역할을 하며, 정전압 다이오드라고도 불립니다. 

 

제너 다이오드 Vin-Vout 파형 비교

 

이러한 제너 다이오드는 정전압 용도로 사용되어, 제품의 전원을 공급하는 용도로 많이 사용되기 때문에 기본적으로 ON 상태에서 사용됩니다. 따라서 mA 단위의 저전류 영역에서 전압이 안정되어 있는 상태로 사용합니다.

 

5) TVS 다이오드 (Transient Voltage Suppressors Diode)

TVS 다이오드는 제너 다이오드와 동일하게 역전압, 항복 전압 특성을 이용한 다이오드입니다.

TVS는 Transient Voltage Suppressors Diode의 약자로써 쉽게 말해서 과전압으로부터 보호해 준다는 뜻입니다.

TVS 다이오드에 역방향으로 Peak 성 과전압이 인가가 되면, 특정 전압 Level 이상에서 TVS가 ON 되어 과전압을 소비시킴으로써 클램핑 해줍니다. 

*클램핑이란? : 입력 신호가 특정 Level 이상으로 올라갈 경우, 그 이상은 깎아 특정 Level로 고정시키는 것

 

TVS 다이오드 Vin-Vout 파형 비교

 

이러한 TVS 다이오드는 전자기적 노이즈(ESD, E.F.T, Impulse, Surge)로 부터 후단의 IC를 보호하는 목적으로 많이 사용됩니다. TVS 다이오드는 일반적인 상태에서는 OFF상태를 유지하다가 순간적인 Peak 성 노이즈가 유입되는 경우에만 ON 상태가 됩니다. 따라서 A단위의 고전류 영역에서 사용됩니다.

 

 

※ 제너 다이오드와 TVS 다이오드의 차이점

 

제너 다이오드와 TVS 다이오드는 둘 다 역전압, 항복 전압 특성을 이용한 다이오드여서 서로 혼동되어 사용하는 경우가 많습니다. 혼동되지 않도록 차이점 정리해 둡니다 :)

 

1) 제너 다이오드 

 - 정전압 용도로 사용됨

 - 기본적으로 ON 상태에서 사용됨 

 - mA 단위의 저전류 영역에서 사용됨

 

2) TVS 다이오드

 - 노이즈 보호 용도로 사용됨

 - 일반적인 상태에서는 OFF 상태를 유지하다가 Peak 성 과전압이 유입될 경우에만 ON 상태가 되어 클램핑 됨

 - A 단위의 대전류 영역에서 사용됨

 

 

 

오늘은 다이오드의 V-I 특성과 다이오드의 종류 및 역할에 대해서 알아봤습니다. 

이렇게 다이오드는 정말 다양한 역할로 실무에서 사용되고 있습니다.

알아두시면 실무하실 때 도움이 되실겁니다. 기회가 된다면 나중에 산업용 포토센서나 전자기적 노이즈 관련 내용을 포스팅하여 다이오드를 통해서 EMC를 어떤 방식으로 개선하는지 설명드리겠습니다. 
 
 
오늘도 좋은 하루 보내시고 항상 건강하세요 :)