본문내용
1. 반도체 정류회로 이론
1.1. 다이오드의 기본 원리
다이오드는 반도체의 PN 접합에 바탕을 두고 있다. PN 다이오드에서 전류는 P형 반도체(양극) 면에서 N형 반도체(음극) 면으로만 흐를 수 있다.
PN 접합 후 즉각적으로 공핍층이 형성된다. 접합 후 열평형이 이루어지면서 안정상태로 되는데, 이를 동적 평형이라고 부른다. 다이오드의 전류-전압 특성 곡선은 PN 접합의 공핍층의 행동에 의한 것으로 해석된다. PN 접합이 생성되면, N영역의 자유 전자들이 정공이 많은 P영역으로 확산된다. 자유 전자들이 정공과 결합한 후에는 정공은 사라지며 전자들은 더 이상 자유롭지 못하게 된다. 따라서 두 속성의 전하 캐리어들(정공과 전자)이 모두 사라지고, PN 접합 주변 지역은 마치 부도체인 것처럼 동작한다. 이를 재결합이라고 한다. 하지만 공핍층의 크기에는 한계가 있고 얼마 후에는 재결합이 끝나게 된다.
다이오드의 전류-전압 특성은 순방향 바이어스와 역방향 바이어스의 두 동작영역으로 나눠 설명할 수 있다. 순방향 바이어스 시 외부 전압을 다이오드 공핍층에 생긴 built-in potential과 반대 극 방향으로 걸어주면, 재결합을 다시 시작하여 PN 접합을 지나 상당한 양의 전류가 흐른다. 이때 다이오드는 마치 전기저항이 매우 작거나 없는 물질처럼 행동한다. 보통 다이오드 양단에 전류가 흐르면 전압이 일정하게 낮아진다. 이와 반대로 역방향 바이어스 시 외부 전압을 built-in potential과 같은 극방향으로 걸어주면, 공핍층은 계속해서 부도체처럼 동작하여 전류의 흐름을 막는다. 역방향 바이어스 구역에서 다이오드를 통과하는 전류는 매우 적지만, PIV를 넘어서는 전압을 공급하면 다이오드는 전자사태 항복을 일으켜 역방향으로 커다란 전류가 흐르게 된다.
위와 같이 다이오드의 기본 원리는 PN 접합에 의한 전하 캐리어들의 재결합 현상과 이에 따른 전류-전압 특성으로 설명할 수 있다. 다이오드는 전자회로에서 가장 기본적인 단위 소자로, 한쪽 방향으로만 전류를 흐르게 하는 정류 기능을 수행하며 다양한 응용분야에 활용되고 있다. []
1.2. 전류-전압 특성 곡선
PN 접합 다이오드의 전류-전압 특성 곡선은 PN 접합의 소위 공핍층(공핍 영역)의 행동에 의한 것으로 해석된다. PN 접합이 처음 생성되면, N영역의 자유 전자들이 P영역의 정공으로 확산되고, 자유 전자들이 정공과 결합한 후에는 정공은 사라지며 전자들은 더 이상 자유롭지 못하게 된다. 따라서 두 속성의 전하 캐리어들(정공과 전자)이 모두 사라지고, PN 접합 주변 지역은 마치 부도체인 것처럼 동작한다. 이를 재결합이라고 한다.
다이오드의 전류-전압 특성은 순방향 바이어스와 역방향 바이어스의 두 동작 영역으로 나눌 수 있다. 순방향 바이어스의 경우, 외부 전압을 다이오드의 공핍층에 생긴 내부 전압과 반대 극성으로 걸어주면 재결합이 다시 시작되어 상당한 양의 전류가 흐른다. 반면에 역방향 바이어스의 경우, 외부 전압을 공핍층에 생긴 내부 전압과 같은 극성으로 걸어주면 공핍층이 계속해서 부도체처럼 동작하여 전류의 흐름을 막는다. 다만 역방향 전압이 PIV(역방향 한계 전압)를 넘어서게 되면 다이오드에서 전자사태 항복이 발생하여 역방향으로 큰 전류가 흐르게 된다.
이와 같이 다이오드는 PN 접합의 공핍층 특성에...
1
2
3
4
5
6
7