반도체 다이오드 특성

본문내용

내는데 사용된다.
이와 같이 실제 다이오드의 특성은 이상적인 다이오드의 특성과는 차이가 난다. 실제 다이오드의 특성을 그림 1-3에 나타내었다.

그림 1-3. 실제 다이오드의 전압-전류특성

문턱전압은 다이오드의 종류마다 차이가 나겠지만 게르마늄 다이오드의 경우 0.2∼0.3[V], 실리콘 다이오드의 경우는 0.6∼0.7[V]정도이다. 또한 역방향 첨두전압은 게르마늄 다이오드의 경우 400[V], 실리콘 다이오드의 경우 1000[V] 정도이다.

(2) 접합 다이오드의 근사 해석법
[1] 1차 근사 해석법(First Approximation)
1차 근사 해석법은 다이오드를 이상적인 다이오드로 해석하는 경우이다. 따라서 순방향 바이어스에서는 닫힌 스위치(closed switch)로 해석하고, 역방향 바이어스에서는 열린 스위치(open switch)로 해석한다. 이를 그래프로 나타내면 그림 1-4와 같다.

그림 1-4. 1차 근사 해석법에 의한 전압-전류 특성

[2] 2차 근사 해석법(Second Approximation)
실리콘 다이오드의 경우 0.7[V]의 문턱전압을 가지기 때문에 그 이상의 전압을 인가해 주어야 실제 다이오드는 도통된다. 전원 전압이 클 경우에는 이 문턱전압을 무시해도 관계없지만, 전원 전압이 크지 않을 때는 이 문턱전압을 고려해야 한다.
그림 1-5는 실리콘 다이오드의 2차 근사 해석법에 의한 전압-전류 특성곡선을 나타낸 그래프이다.

그림 1-5. 2차 근사 해석법에 의한 전압-전류 특성

역방향 바이어스 때에는 열린 스위치로 해석하고, 순방향 바이어스 때에는 닫힌 스위치에 역방향으로 0.7[V]의 기전력이 존재한다고 보는 경우이다. 이를 그림 1-6에 나타내고 있다.

그림 1-6. 다이오드 2차 근사 해석법에 의한 등가회로

[3] 3차 근사 해석법(Third Approximation)
인가전압이 문턱전압보다 높아지면 다이오드의 전류는 급격히 증가하게 된다. 즉, 전압의 변화량에 비해 전류의 변화량이 훨씬 크다. 이는 다이오드의 벌크 저항(bulk resistance) 때문이다. 오프셋 전압을 극복한 후에 다이오드 전류를 방해하는 성분인 벌크 저항 즉, P형과 N형 영역의 저항 성분 때문에 이 현상이 발생한다. 이 벌크 저항 값은 도핑과 P형과 N형 영역의 크기와 관계하며 그 크기는 약 1∼25[Ω]정도이다.

그림 1-7. 실리콘 다이오드의 벌크 저항 측정 회로

실리콘 다이오드의 경우 벌크 저항을 측정하기 위한 회로는 그림 1-7과 같다. 실리콘 다이오드의 경우 1[V]의 전원 전압을 인가했을 경우, 문턱전압 0.7[V]를 극복해야 하므로 다이오드의 벌크 저항에는 0.3[V]가 걸려있다. 따라서 다이오드에 흐르는 전류를 IF라 하고 이 크기를 측정하면 벌크 저항은 다음 식과 같이 구할 수 있다.

(1-1)

다이오드 3차 근사 해석법에서는 벌크 저항 rB를 포함한다. 즉, 0.7[V]의 역방향 전압과 벌크저항 rB가 직렬로 연결되는 스위치로 구성된다. 외부 회로가 문턱전압을 극복한 수에 벌크저항을 통하여 전류가 흐르도록 해준다. 3차 근사 해석법의 등가회로를 그림 1-8에 나타내고 있고 전압-전류의 특성을 그림 1-9에서 나타내고 있다.
그림 1-8. 다이오드 3차 근사 해석법에 의한 등가회로

그림 1-9. 3차 근사 해석법에 의한 전압-전류 특성
3. 실험 기계 및 부품
1) 직류 전원 장치
2) 멀티미터 : VOM(volt-ohm-milliammeter)
3) 실리콘 다이오드 : 1N4148 또는 1N4154
4) 저항 : 10 Ω 5W, 10 kΩ 1/4W
4. 시뮬레이션

키워드

다이오드,   제너 다이오드,   전압-전류 특성