Basic-electronics-diodes
ベーシックエレクトロニクス-ダイオード
さまざまなコンポーネントについて知った後、*ダイオード*として知られる、エレクトロニクスの分野における別の重要なコンポーネントに注目しましょう。 半導体ダイオードは、PN接合を備えた2端子電子部品です。 これは、*整流器*とも呼ばれます。
ダイオードの*正極*である*アノード*は A で表され、負極*である*カソード*は *K で表されます。 実際のダイオードのアノードとカソードを知るために、ダイオードには細い線が引かれています。これはカソードを意味し、もう一方の端はアノードを表しています。
P型とN型の半導体、およびそれらのキャリアの動作について既に説明したように、これらの材料を結合して何が起こるかを見てみましょう。
ダイオードの形成
P型とN型の材料を互いに近づけると、下図に示すように、両方が結合して接合を形成します。
Pタイプの材料には、*多数*のキャリア*として*穴があり、Nタイプの材料には*多数のキャリア*として*電子*があります。 反対の電荷が引き付けられると、P型の正孔はn側に移動する傾向が少なくなりますが、N型の電子はほとんどP側に移動しません。
両方が接合部に向かって移動すると、正孔と電子が互いに再結合して中和し、イオンを形成します。 さて、この接合部には、図に示すようにPN接合または接合障壁と呼ばれる正と負のイオンが形成される領域が存在します。
P側に負イオン、N側に正イオンが形成されると、PN接合の両側に狭い帯電領域が形成されます。 この領域には現在、可動電荷キャリアがありません。 ここに存在するイオンは固定されており、電荷キャリアなしでそれらの間の空間領域を維持しています。
この領域はPタイプとNタイプの材料間のバリアとして機能するため、これは*バリアジャンクション*とも呼ばれます。 これには Depletion region と呼ばれる別の名前があり、両方の領域を使い果たすことを意味します。 接合部を通過する正孔と電子のさらなる移動を妨げるため、「ポテンシャル障壁」と呼ばれる接合部でのイオンの形成による電位差VDが発生します。
ダイオードのバイアス
ダイオードまたは2端子コンポーネントが回路に接続されている場合、所定の電源で2つのバイアス状態が発生します。 それらは Forward biased 状態と Reverse biased 状態です。 それらについて詳しく教えてください。
順方向バイアス状態
回路内でダイオードを接続し、そのアノードを電源のプラス端子に接続し、カソードをマイナス端子に接続すると、そのような接続は「順方向バイアス」状態と呼ばれます。 この種の接続により、回路はますます順方向にバイアスされ、伝導が促進されます。 ダイオードは順バイアス状態で良好に伝導します。
逆バイアス状態
回路内でダイオードを接続し、そのアノードを電源のマイナス端子に、カソードをプラス端子に接続すると、そのような接続は「逆バイアス」状態と呼ばれます。 この種の接続により、回路はますます逆バイアスされ、導通を最小限に抑え、防止するのに役立ちます。 ダイオードは逆バイアス状態では導通できません。
次に、ダイオードが順方向および逆方向に接続された場合に何が起こるかを調べてみましょう。
Forward Biasedでの作業
外部電圧がダイオードに印加されると、電位障壁が解消され、電流が流れるようになります。これを「順バイアス」と呼びます。 陽極と陰極をそれぞれ正と負の端子に接続すると、P型のホールとN型の電子が接合部を横切って移動する傾向があり、障壁が壊れます。 これにより、電流の自由な流れが存在し、障壁がほとんどなくなります。
正端子から正孔へ、および負端子から電子への反発力により、接合部で再結合が起こります。 供給電圧は、障壁を通過する電子と正孔の移動を強制し、障壁を通過して*順方向電流*を提供するほど高い必要があります。
順方向電流は、順方向バイアス状態で動作するときにダイオードによって生成される電流であり、* I〜f〜*で示されます。
逆バイアスでの作業
外部電圧がダイオードに印加され、電位障壁が増加し、電流の流れが制限される場合、*逆バイアス*と呼ばれます。 陽極と陰極がそれぞれ負と正の端子に接続されている場合、電子は正の端子に引き付けられ、正孔は負の端子に引き付けられます。 したがって、両方が電位障壁から離れ、*接合抵抗が増加*し、電子が接合を横断するのを防ぎます。
次の図はこれを説明しています。 フィールドが適用されていない場合と外部フィールドが適用されている場合の伝導のグラフも描画されます。
逆バイアスが増加すると、接合部には接合部を通過する少数キャリアがほとんどありません。 通常、この電流は無視できます。 温度が一定の場合、この逆電流はほぼ一定です。 しかし、この逆電圧がさらに増加すると、「逆ブレークダウン」と呼ばれるポイントが発生します。このポイントでは、雪崩が接合部を流れます。 この高い逆電流はデバイスに損傷を与えます。
逆電流*は、逆バイアス状態で動作するときにダイオードによって生成される電流であり、 I〜r〜*で示されます。 したがって、ダイオードは逆バイアス状態で高抵抗経路を提供し、導通しません。ここで、ダイオードは順バイアス状態で低抵抗経路を提供して導通します。 したがって、ダイオードは、順バイアスで伝導し、逆バイアスで絶縁体として機能する一方向デバイスであると結論付けることができます。 この動作により、ACをDCに変換する整流器として機能します。
ピーク逆電圧
ピーク逆電圧は、すぐに PIV と呼ばれます。 逆バイアスで印加される最大電圧を示します。 ピーク逆電圧は、「ダイオードが破壊されることなく耐えることができる最大逆電圧」として定義できます。 したがって、この電圧は逆バイアス状態で考慮されます。 逆バイアスでダイオードを安全に動作させる方法を示しています。
ダイオードの目的
ダイオードは、一方向の電流の流れをブロックするために使用されます。 順方向に、逆方向にブロックします。 このダイオードの原理により、ダイオードは*整流器*として機能します。
ある方向には電流を流し、他の方向には電流を止める回路には、整流ダイオードが最適です。 したがって、出力*は *DC になり、ACコンポーネントが削除されます。 半波整流器や全波整流器などの回路は、ダイオードを使用して作成されます。これは、*電子回路*チュートリアルで学習できます。
ダイオードは*スイッチ*としても使用されます。 速いレートで発生する出力のオンとオフを高速化するのに役立ちます。
V-Iダイオードの特性
PN接合ダイオードの実用的な回路構成は、次の図に示すとおりです。 電流計は直列に接続され、電圧計は並列に接続され、電源は可変抵抗器を介して制御されます。
動作中、ダイオードが特定の電圧で順方向にバイアスされた状態にある場合、電位障壁はなくなります。 このような電圧は、*カットオフ電圧*または*ニー電圧*と呼ばれます。 順方向電圧が制限を超えた場合、順方向電流は指数関数的に上昇し、これをさらに行うと、過熱によりデバイスが損傷します。
次のグラフは、順方向および逆方向バイアス条件でのダイオードの導通状態を示しています。
逆バイアスの間、少数キャリアを介して生成される電流は「逆電流」として知られています。 逆電圧が増加すると、この逆電流が増加し、ある点で突然破壊され、接合部が永久的に破壊されます。
