ダイオードとは？
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ダイオードは二端子電子部品です。 流れを制限する 一方向に流れ、反対方向に自由に流れるようにします。 電子回路で多くの用途があり、整流器、インバーター、発電機の構築に使用できます。
この記事では、 視線 ダイオードとは何か、どのように機能するのか。 また、電子回路での一般的な用途についても見ていきます。 それでは始めましょう！
ダイオードはどのように機能しますか?
ダイオードは、 許可する 電流は一方向に流れなければなりません。 それらは通常、電気回路で見られます。 それらは、N型またはP型のいずれかである半導体材料に基づいて動作します。 ダイオードがN型の場合、ダイオードの矢印と同じ方向に電圧が印加された場合にのみ電流が流れ、P型ダイオードは矢印の反対方向に電圧が印加された場合にのみ電流が流れます.
半導体材料は電流を流し、枯渇地帯'、これは電子が禁止されている領域です。 電圧が印加されると、空乏層がダイオードの両端に達し、電流が流れるようになります。 このプロセスは「順方向バイアス'。
電圧をかけると 逆に 半導体材料、逆バイアス。 これにより、空乏層が端子の一方の端からのみ広がり、電流が流れなくなります。 これは、P型半導体に矢印と同じ経路で電圧を印加すると、P型半導体は矢印と逆方向に電子が移動できるため、N型のように振る舞うからです。
ダイオードは何に使用されますか?
ダイオードの用途 変換 電荷の逆伝導をブロックしながら、直流電流を交流電流に変換します。 この主要コンポーネントは、調光器、電気モーター、ソーラー パネルにも見られます。
ダイオードはコンピュータで使用されます。 安全性 電力サージによるコンピュータの電子部品の損傷を防ぎます。 それらは、マシンが必要とする電圧を超える電圧を低下または遮断します。 また、コンピューターの消費電力を削減し、電力を節約し、デバイス内部で発生する熱を減らします。 ダイオードは、オーブン、食器洗い機、電子レンジ、洗濯機などの高級家電に使用されています。 それらは、これらのデバイスで保護するために使用されます 損害 停電による電力サージによる。
ダイオードの応用
- 補正
- スイッチのように
- ソース分離回路
- 基準電圧として
- 周波数ミキサー
- 逆電流保護
- 逆極性保護
- サージ保護
- AM 包絡線検出器または復調器 (ダイオード検出器)
- 光源のように
- 正の温度センサー回路では
- 光センサー回路には
- 太陽電池または太陽電池
- クリッパーのように
- リテーナーのように
ダイオードの歴史
「ダイオード」という言葉の語源は Греческий 「diodous」または「diodos」という言葉。 ダイオードの目的は、電気を一方向にのみ流すことです。 ダイオードは電子バルブとも呼ばれます。
発見された ヘンリー・ジョセフ・ラウンド 1884年に電気を使った実験を通して. これらの実験は、真空ガラス管を使用して実行され、その内部には両端に金属電極がありました。 カソードには正電荷を持つプレートがあり、アノードには負電荷を持つプレートがあります。 電流がチューブを通過すると点灯し、エネルギーが回路を流れていることを示します。
ダイオードを発明したのは誰ですか
最初の半導体ダイオードは 1906 年にジョン A. フレミングによって発明されましたが、1907 年にデバイスを独自に発明したのはウィリアム ヘンリー プライスとアーサー シュスターの功績によるものです。
ダイオードの種類
- 小信号ダイオード
- 大信号ダイオード
- スタビリトロン
- 発光ダイオード (LED)
- 直流ダイオード
- ショットキーダイオード
- ショックレーダイオード
- ステップリカバリダイオード
- トンネルダイオード
- バラクターダイオード
- レーザーダイオード
- 過渡抑制ダイオード
- 金ドープダイオード
- スーパーバリアダイオード
- ペルチェダイオード
- 水晶ダイオード
- アバランシェダイオード
- シリコン制御整流器
- 真空ダイオード
- ピンダイオード
- 接点
- ダイオードハンナ
小信号ダイオード
小信号ダイオードは、高速スイッチング機能と低い導通電圧降下を備えた半導体デバイスです。 静電放電による損傷に対して高度な保護を提供します。
大信号ダイオード
大信号ダイオードは、小信号ダイオードよりも高い電力レベルで信号を送信するタイプのダイオードです。 通常、AC を DC に変換するために大信号ダイオードが使用されます。 大信号ダイオードは、電力損失なしで信号を送信し、電解コンデンサよりも安価です。
デカップリング コンデンサは、多くの場合、大信号ダイオードと組み合わせて使用されます。 このデバイスの使用は、回路の過渡応答時間に影響します。 デカップリング コンデンサは、インピーダンスの変化によって引き起こされる電圧変動を制限するのに役立ちます。
スタビリトロン
ツェナーダイオードは、直流電圧降下の直下の領域でのみ電気を伝導する特別なタイプです。 これは、ツェナー ダイオードの一方の端子が通電されると、もう一方の端子から通電された端子に電流が流れることを意味します。 このデバイスを適切に使用し、接地することが重要です。そうしないと、回路に恒久的な損傷を与える可能性があります。 湿度の高い環境に置くと故障するため、このデバイスは屋外で使用することも重要です。
ツェナー ダイオードに十分な電流が流れると、電圧降下が発生します。 この電圧がマシンのブレークダウン電圧に達するか超えると、XNUMX つの端子から電流が流れます。
発光ダイオード (LED)
発光ダイオード (LED) は、十分な量の電流が流れると発光する半導体材料でできています。 LED の最も重要な特性の XNUMX つは、電気エネルギーを非常に効率的に光エネルギーに変換することです。 LED は、コンピュータ、時計、ラジオ、テレビなどの電子デバイスのターゲットを示すインジケータ ライトとしても使用されます。
LED は、マイクロチップ技術の発展の代表的な例であり、照明の分野に大きな変化をもたらしました。 LED は、少なくとも XNUMX つの半導体層を使用して光を生成します。XNUMX つの pn 接合がキャリア (電子と正孔) を生成し、キャリア (電子と正孔) を生成します。キャリアは、「バリア」層の反対側に送られます。バリア層は、一方の側で正孔を、もう一方の側で電子を捕捉します。 . トラップされたキャリアのエネルギーは、エレクトロルミネッセンスとして知られる「共鳴」で再結合します。
LEDは、光とともにほとんど熱を放出しないため、効率的なタイプの照明と見なされます。 白熱灯よりも寿命が長く、最大 60 倍長持ちし、光出力が高く、従来の蛍光灯よりも有毒ガスの放出が少ない。
LED の最大の利点は、LED の種類にもよりますが、動作に必要な電力が非常に少ないという事実です。 現在では、太陽電池から電池、さらには交流 (AC) に至るまで、さまざまな電源で LED を使用できます。
LEDにはさまざまな種類があり、赤、オレンジ、黄、緑、青、白など、さまざまな色があります。 現在、LED は従来の光源とほぼ同じ 10 ～ 100 ルーメン/ワット (lm/W) の光束で利用できます。
直流ダイオード
定電流ダイオード (CCD) は、電源用の電圧調整ダイオードの一種です。 CCD の主な機能は、出力電力の損失を減らし、負荷が変化したときの変動を減らすことによって電圧の安定性を向上させることです。 CCD を使用して、DC 入力電力レベルを調整し、出力レールの DC レベルを制御することもできます。
ショットキーダイオード
ショットキー ダイオードは、ホット キャリア ダイオードとも呼ばれます。
ショットキー ダイオードは、1926 年にウォルター ショットキー博士によって発明されました。 ショットキー ダイオードの発明により、信頼性の高い信号源として LED (発光ダイオード) を使用できるようになりました。
ダイオードは、高周波回路で使用すると非常に有益な効果があります。 ショットキー ダイオードは、主に XNUMX つのコンポーネントで構成されています。 P、N、および金属 - 半導体接合。 このデバイスの設計は、固体半導体内部で鋭い遷移が形成されるようになっています。 これにより、キャリアが半導体から金属に遷移します。 これにより、順方向電圧が低下するため、電力損失が減少し、ショットキー ダイオードを使用するデバイスのスイッチング速度が大幅に向上します。
ショックレーダイオード
ショックレー ダイオードは、電極が非対称に配置された半導体デバイスです。 ダイオードは一方向に電流を流しますが、極性が逆の場合はさらに少なくなります。 ショックレー ダイオードの両端に外部電圧が維持されると、印加電圧が増加するにつれて徐々に順方向バイアスがかかり、すべての電子が正孔と再結合するため電流がほとんど流れなくなる「カットオフ電圧」と呼ばれるポイントまで上昇します。 . 電流-電圧特性のグラフ表示のカットオフ電圧を超えると、負性抵抗の領域があります。 Shockley は、この範囲の負性抵抗値を持つアンプとして機能します。
Shockley の研究は、領域として知られる 0 つの部分に分解することで最もよく理解できます。下から上への逆方向の電流は、それぞれ 1、2、XNUMX です。
領域 1 では、正の電圧が順方向バイアスに印加されると、電子が p 型材料から n 型半導体に拡散し、多数キャリアの置換によって「空乏層」が形成されます。 空乏ゾーンは、電圧が印加されたときに電荷キャリアが除去される領域です。 pn ジャンクションの周りの空乏ゾーンは、電流が一方向デバイスの前面を流れるのを防ぎます。
電子が p 型側から n 側に入ると、正孔電流経路がブロックされるまで、下部から上部への遷移に「空乏ゾーン」が形成されます。 上から下に移動する正孔は、下から上に移動する電子と再結合します。 つまり、伝導帯と価電子帯の空乏ゾーンの間に「再結合ゾーン」が現れ、ショックレーダイオードを通る主キャリアのさらなる流れを防ぎます。
現在、電流の流れは、少数キャリアである単一のキャリアによって制御されています。つまり、この場合、n 型半導体の場合は電子、p 型材料の場合は正孔です。 したがって、ここでは、電流の流れは多数キャリア (正孔と電子) によって制御され、伝導するのに十分な自由キャリアがある限り、電流の流れは印加電圧とは無関係であると言えます。
領域 2 では、空乏層から放出された電子が反対側で正孔と再結合し、新しい多数キャリア (n 型半導体の p 型材料の電子) を生成します。 これらの正孔が空乏層に入ると、Shockley ダイオードを通る電流経路が完成します。
領域 3 では、逆バイアスのために外部電圧が印加されると、多数キャリアと少数キャリアの両方からなる空間電荷領域または空乏層が接合部に現れます。 電子と正孔のペアは、それらに電圧が印加されることにより分離され、Shockley を流れるドリフト電流が発生します。 これにより、Shockley ダイオードに少量の電流が流れます。
ステップリカバリダイオード
ステップ リカバリ ダイオード (SRD) は、アノードとカソード間に固定された無条件に安定した伝導状態を提供できる半導体デバイスです。 オフ状態からオン状態への遷移は、負の電圧パルスによって引き起こされる可能性があります。 オンの場合、SRD は完全なダイオードのように動作します。 オフの場合、SRD は主に非導電性で、いくらかの漏れ電流がありますが、通常、ほとんどのアプリケーションで重大な電力損失を引き起こすほどではありません。
下の図は、両方のタイプの SRD のステップ回復波形を示しています。 上の曲線は高速回復タイプで、オフ状態に移行するときに多くの光を発します。 対照的に、下の曲線は、高速動作用に最適化され、オンからオフへの遷移中にごくわずかな可視放射のみを示す超高速リカバリ ダイオードを示しています。
SRD をオンにするには、アノード電圧がマシンのしきい値電圧 (VT) を超える必要があります。 アノード電位がカソード電位以下になると、SRD はオフになります。
トンネルダイオード
トンネル ダイオードは、半導体の XNUMX つの部分を取り、一方の部分を反対側に向けて接合する量子工学の一形態です。 トンネル ダイオードは、電子が半導体の周囲ではなく、半導体を通って流れるという点で独特です。 これが、この種の技術が非常にユニークである主な理由の XNUMX つです。これまで、このような偉業を成し遂げることができた他の形態の電子輸送はなかったからです。 トンネル ダイオードが非常に人気がある理由の XNUMX つは、他の形態の量子工学よりも場所を取らず、多くの分野の多くのアプリケーションで使用できることです。
バラクターダイオード
バラクタ ダイオードは、電圧調整可変キャパシタンスで使用される半導体です。 バラクタ ダイオードには XNUMX つの接続があり、XNUMX つは PN 接合のアノード側にあり、もう XNUMX つは PN 接合のカソード側にあります。 バラクターに電圧を印加すると、空乏層の幅を変化させる電界が形成されます。 これにより、静電容量が効果的に変化します。
レーザーダイオード
レーザーダイオードは、レーザー光とも呼ばれるコヒーレント光を発する半導体です。 レーザー ダイオードは発散の少ない平行光ビームを放射します。 これは、放射光が大幅に発散する従来の LED などの他の光源とは対照的です。
レーザー ダイオードは、光ストレージ、レーザー プリンター、バーコード スキャナー、光ファイバー通信に使用されます。
過渡抑制ダイオード
過渡電圧抑制 (TVS) ダイオードは、電圧サージやその他の種類の過渡現象から保護するように設計されたダイオードです。 また、電圧と電流を分離して、高電圧トランジェントがチップの電子機器に入るのを防ぐこともできます。 TVS ダイオードは通常の動作中は導通しませんが、過渡時にのみ導通します。 電気的過渡状態の間、TVS ダイオードは、高速 dv/dt スパイクと大きな dv/dt ピークの両方で動作する可能性があります。 このデバイスは通常、高速スイッチング信号を処理するマイクロプロセッサ回路の入力回路に見られます。
金ドープダイオード
金ダイオードは、コンデンサ、整流器、およびその他のデバイスに使用されています。 これらのダイオードは、電気を通すのに多くの電圧を必要としないため、主に電子産業で使用されています。 金をドープしたダイオードは、p 型または n 型の半導体材料から作ることができます。 金ドープ ダイオードは、特に n 型ダイオードにおいて、高温でより効率的に電気を伝導します。
金原子は大きすぎて半導体結晶内に容易に収まらないため、金は半導体のドーピングには理想的な材料ではありません。 これは、通常、金が半導体にうまく拡散しないことを意味します。 金原子のサイズを大きくして拡散できるようにする XNUMX つの方法は、銀またはインジウムを追加することです。 半導体に金をドープするために使用される最も一般的な方法は、半導体結晶内で金と銀の合金を作成するのに役立つ水素化ホウ素ナトリウムの使用です。
金でドープされたダイオードは、高周波電源アプリケーションで一般的に使用されます。 これらのダイオードは、ダイオードの内部抵抗の逆起電力からエネルギーを回収することにより、電圧と電流を低減するのに役立ちます。 金ドープ ダイオードは、抵抗ネットワーク、レーザー、トンネル ダイオードなどの機械で使用されます。
スーパーバリアダイオード
スーパーバリアダイオードは、高電圧用途に使用できるダイオードの一種です。 これらのダイオードは、高周波での順方向電圧が低くなります。
スーパーバリアダイオードは、幅広い周波数と電圧で動作できる非常に用途の広いタイプのダイオードです。 それらは主に、配電システム、整流器、モーター駆動インバーター、および電源用の電力スイッチング回路で使用されます。
スーパーバリアダイオードは、銅を加えた二酸化ケイ素を主成分としています。 スーパーバリア ダイオードには、平面ゲルマニウム スーパーバリア ダイオード、ジャンクション スーパーバリア ダイオード、分離スーパーバリア ダイオードなど、いくつかの設計オプションがあります。
ペルチェダイオード
ペルチェダイオードは半導体です。 熱エネルギーに反応して電流を生成するために使用できます。 このデバイスはまだ新しく、完全には理解されていませんが、熱を電気に変換するのに役立つようです。 これは、給湯器や車にも使用できます。 これにより、通常はエネルギーの浪費である内燃機関によって生成された熱の使用が可能になります。 また、エンジンはそれほど多くの電力を生成する必要がないため (したがって、燃料の使用量が少なくて済むため)、エンジンをより効率的に実行できますが、代わりにペルチェ ダイオードが廃熱を電力に変換します。
水晶ダイオード
水晶ダイオードは、狭帯域フィルタリング、発振器、または電圧制御アンプに一般的に使用されます。 水晶ダイオードは、圧電効果の特別なアプリケーションと見なされます。 このプロセスは、固有の特性を使用して電圧および電流信号を生成するのに役立ちます。 水晶ダイオードは、一般的に、増幅やその他の特殊な機能を提供する他の回路と組み合わされます。
アバランシェダイオード
アバランシェ ダイオードは、伝導帯から価電子帯への単一電子からアバランシェを生成する半導体です。 高電圧 DC 電源回路の整流器、赤外線検出器、紫外線用の太陽光発電機として使用されます。 アバランシェ効果により、ダイオードの順方向電圧降下が増加するため、ダイオードを降伏電圧よりもはるかに小さくすることができます。
シリコン制御整流器
シリコン制御整流器 (SCR) は、XNUMX 端子サイリスタです。 電子レンジのスイッチのように機能して電力を制御するように設計されています。 ゲート出力設定に応じて、電流または電圧、またはその両方によってトリガーできます。 ゲート ピンが負の場合、SCR に電流が流れることを許可し、正の場合、SCR に電流が流れるのをブロックします。 ゲート ピンの位置によって、電流が流れるかブロックされるかが決まります。
真空ダイオード
真空ダイオードは別のタイプのダイオードですが、他のタイプとは異なり、真空管で電流を調整するために使用されます。 真空ダイオードは、定電圧で電流を流すことができますが、その電圧を変更する制御グリッドも備えています。 制御グリッドの電圧に応じて、真空ダイオードが電流を許可または停止します。 真空ダイオードは、ラジオ受信機および送信機の増幅器および発振器として使用されます。 また、電気機器で使用するために AC を DC に変換する整流器としても機能します。
ピンダイオード
PIN ダイオードは、pn 接合ダイオードの一種です。 一般にPINは、電圧をかけると抵抗値が小さくなる半導体です。 この低抵抗は、印加電圧が増加するにつれて増加します。 PIN コードには、導電性になる前にしきい値電圧があります。 したがって、負の電圧が印加されていない場合、ダイオードはこの値に達するまで電流を流しません。 金属を流れる電流の量は、両方の端子間の電位差または電圧に依存し、一方の端子から他方の端子への漏れはありません。
ポイントコンタクトダイオード
ポイント ダイオードは、RF 信号を改善できる一方向デバイスです。 ポイントコンタクトは、非接合トランジスタとも呼ばれます。 これは、半導体材料に取り付けられた XNUMX 本のワイヤで構成されています。 これらのワイヤが接触すると、電子が交差できる「ピンチ ポイント」が作成されます。 このタイプのダイオードは、特に AM ラジオやその他のデバイスで使用され、RF 信号を検出できるようにします。
ダイオードハンナ
ガン ダイオードは、非対称のバリア高さを持つ XNUMX つの逆並列 pn 接合で構成されるダイオードです。 これにより、順方向の電子の流れが強く抑制されますが、電流は依然として逆方向に流れます。
これらのデバイスは、一般的にマイクロ波発生器として使用されます。 それらは 1959 年頃、英国の王立郵便局で J. B. ギャンと A. S. ニューウェルによって発明されました。名前の由来は次のとおりです。「ギャン」は彼らの名前の略語であり、「ダイオード」はガス装置に取り組んでいたためです (ニューウェルは以前に働いていました)。エジソン通信研究所で）。 半導体デバイスの研究を行っていたベル研究所)。
ガン ダイオードの最初の大規模な用途は、1965 年頃に使用されるようになった英国の軍用 UHF 無線機器の第 XNUMX 世代でした。 軍用 AM ラジオでも、ガン ダイオードが広く使用されていました。
ガンダイオードの特徴は、電流が従来のシリコンダイオードの10～20%に過ぎないことです。 さらに、ダイオード全体の電圧降下は、従来のダイオードの約 25 分の 0 であり、通常、室温で XNUMX mV です。
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まとめ
ダイオードとは何かを学んでいただければ幸いです。 この驚くべきコンポーネントがどのように機能するかについて詳しく知りたい場合は、ダイオード ページの記事をご覧ください。 今回も学んだことをすべて適用してくれると信じています。
