학문
14살꿈많던아이
반도체 소자인 다이오드의 정류 작용 원리가 궁금합니다
P형 반도체와 N형 반도체를 접합한 다이오드가 전류를 한쪽 방향으로만 흘려보내 교류를 직류로 바꾸는 정류 작용의 원리가 궁금합니다.
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
P형 반도체에서는 전자가 빠진 빈자리인 정공이, N형 반도체에서는 자유전자가 주로 전류를 실어 날라요. 둘을 붙이면 경계에서 N쪽 전자는 P쪽으로, P쪽 정공은 N쪽으로 넘어가 서로 만나 사라져요. 그 결과 접합면 근처에는 움직이는 전하 없이 고정된 이온만 남은 공핍층이 생겨요. N쪽에는 양이온, P쪽에는 음이온이 남으면서 내부 전기장이 생기고, 실리콘에서는 약 0.7 V 높이의 전위 장벽이 만들어져 더 넘어가지 못하게 막아요.
P쪽에 +, N쪽에 -를 걸면(순방향) 외부 전압이 이 장벽을 낮춰요. 공핍층이 얇아지면서 전자와 정공이 경계를 넘어가 전류가 흘러요. 0.6~0.7 V를 넘으면 전류가 급격히 늘어나요.
반대로 걸면(역방향) 전자와 정공이 양쪽 끝으로 끌려가서 공핍층이 넓어지고 장벽도 높아져요. 이때는 아주 작은 누설 전류만 흘러요.
교류는 1초에 60번 방향이 바뀌어요. 다이오드를 하나 달면 순방향인 반 주기만 통과해서 한쪽 방향의 전류만 남아요. 다이오드 네 개를 다리 모양으로 연결하면 음의 반 주기도 뒤집어서 모두 쓸 수 있어요. 여기에 콘덴서를 붙여 출렁임을 메우면 거의 평평한 직류가 돼요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
다이오드는 P형과 N형 반도체를 접합한 구조로 순방향일 때는 전류가 잘 흐르고 역방향일 때는 거의 흐르지 않습니다.
이 성질을 이용해서 교류를 직류로 바꾸는 정류 작용을 한답니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
P형 반도체의 정공과 N형 반도체의 전전자가 접합면에서 만나 결합하면 전하 캐리어가 없는 공핍층과 자체 전위차가 형성되어 평형 상태를 유지합니다 여기에 순방향 전압을 걸어주면 외부 전압이 공핍층의 장벽을 낮춰 정공과 전자가 접합면을 넘어 원활하게 이동하면서 전류가 잘 흐르게 됩니다 반대로 역방향 전압을 걸면 공핍층이 더욱 두꺼워지면서 전하 캐리어의 이동이 막혀 전류가 거의 흐르지 않는 차단 상태가 됩니다 이처럼 다이오드는 순방향 전압에서만 전류를 통과시키는 단방향 전도성을 지니므로 주기적으로 방향이 바뀌는 교류 신호가 입력되어도 한쪽 방향의 전류만 선택적으로 통과시킵니다 결론적으로 일정한 방향으로만 연속해서 흐르는 직류 전류로 변환하는 정류 작용이 이 P-N 접합의 특성 덕분에 가능해집니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
다이오드의 정류 작용은 P-N 접합면에서 일어나는 전하 이동의 차이 때문에 가능한 겁니다. 왜냐하면은 순방향으로 전압을 걸어 주게 되면은 P형의 양공과 N형의 전자가 접합면으로 밀려나면서 전류가 쉽게 흐를 수가 있게 되죠. 그리고 반면에 역방향으로 전압을 걸면은 양공이랑 전자가 반대쪽으로 끌려갑니다. 그래서 가운데에 전류가 통하지 않는 장벽이 넓어집니다. 그리고 전문 용어로는 이 장벽을 밴드 갭이라고 부르죠. 그래서 역방향일 때는 전기가 거의 흐르지 못하게 되는 거라고 생각하시면 되겠습니다.
교류 전원은 플러스와 마이너스가 계속 번갈아 바뀌는 성질이 있습니다. 그래서 다이오드를 통과하면은 순방향 신호일 때만 전기가 흐르고 반대로 역방향 신호일 때는 완벽하게 차단이 되는 겁니다. 그래서 한쪽 방향에 정류된 전류만 남게 되면서 교류가 직류로 변환이 되지요. 거기다가 이러한 특성을 이용하면은 제어반 회로에 신호 보거나 전원 공급 장치 구성이 쉬워집니다. 그래서 다이오드는 교류를 직류로 바꿔 주는 핵심적인 반도체 부품이라고 할 수가 있겠습니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
다이오드는 P형과 N형 반도체를 붙여 만든 PN 접합 구조이고, 접합부에는 전류의 흐름을 막는 층, 공핍층이라는 것이 형성됩니다.
순방향 전압을 걸면 공핍층이 얇아지면서 전자와 정공이 접합부를 넘어 이동할 수 있어 전류가 잘 흐릅니다. 반대로 역방향 전압을 걸면 공핍층이 더 넓어져 전하 이동이 어려워지고 전류가 거의 흐르지 않게 됩니다.
이러한 성질 때문에 교류처럼 전류 방향이 주기적으로 바뀌는 전압을 다이오드에 통과시키게 되면 한쪽 방향의 전류만 남길 수 있게 되는 것입니다. 다이오드 1개를 사용하면 반파 정류, 여러 개를 브리지 형태로 연결한다면 교류의 양쪽 구간을 이용하는 전파 정류가 가능합니다.
따라서 다이오드의 정류 작용은 PN 접합이 전압 방향에 따라 전류를 통과시키거나 차단하는 성질을 이용한 것입니다.