整流ダイオード回路の動作とその応用

ダイオードは広く使用されている半導体デバイスです。整流ダイオードは、電流が一方向にのみ流れることを可能にする2リード半導体です。一般的に、 P-N接合ダイオード n型とp型の半導体材料を接合して形成されています。 P型側はアノードと呼ばれ、n型側はカソードと呼ばれます。多くの種類のダイオードが幅広い用途に使用されています。整流ダイオードは、AC電圧をDC電圧に変換するために使用される電源の重要なコンポーネントです。ザ・ ツェナーダイオード 電圧調整に使用され、回路内のDC電源の不要な変動を防ぎます。

ダイオードのシンボル

整流ダイオードの記号の記号を以下に示します。矢印は従来の電流の方向を指しています。

整流ダイオードの記号

整流ダイオード回路の動作

n型とp型の両方の材料は、p-n接合の形成をもたらす特別な製造技術と化学的に組み合わされます。このP-N接合には、電極と呼ぶことができる2つの端子があり、このため「ダイオード」（ダイオード）と呼ばれます。

外部DC電源電圧がその端子を介して電子デバイスに印加される場合、それはバイアスと呼ばれます。

偏りのない整流ダイオード

• 整流ダイオードに電圧が供給されていない場合、それはバイアスのないダイオードと呼ばれ、N側には多数の電子があり、（熱励起のために）非常に少数の正孔がありますが、P側には多数の電荷があります。キャリアホールとごく少数の電子。
• このプロセスでは、N側からの自由電子がP側に拡散（拡散）し、そこに存在する正孔で再結合が発生し、N側に+ veの不動（移動不可）イオンが残り、Pに-veの不動イオンが生成されます。ダイオードの側面。
• ジャンクションエッジ近くのn型側の不動。同様に、接合端近くのp型側の不動イオン。これにより、陽イオンとマイナスイオンの数が接合部に蓄積されます。このように形成されたこの領域は、空乏領域と呼ばれます。
• この領域では、バリア電位と呼ばれる静電界がダイオードのPN接合の両端に発生します。
• それは、接合を横切る正孔と電子のさらなる移動に反対します。

バイアスのないダイオード（電圧が印加されていない）

順方向バイアスダイオード

• 順方向バイアス：PN接合ダイオードでは、電圧源の正端子がp型側に接続され、負端子がn型側に接続されており、ダイオードは順方向バイアス状態にあると言われます。
• 電子はDC電圧源の負の端子に反発され、正の端子に向かってドリフトします。
• そのため、印加電圧の影響下で、この電子ドリフトにより半導体に電流が流れます。この電流は「ドリフト電流」と呼ばれます。多数キャリアは電子であるため、n型の電流は電子電流です。
• 正孔はp型の多数キャリアであるため、これらはDC電源の正端子によって反発され、接合部を横切って負端子に向かって移動します。したがって、p型の電流は正孔電流です。
• したがって、多数キャリアによる全体的な電流が順方向電流を生成します。
• 従来の電流の方向は、バッテリーの正から負へ、従来の電流の方向とは逆に流れます。

順方向バイアス整流ダイオード

逆バイアスダイオード

• 逆バイアス状態：ダイオードがソース電圧の正端子がn型端に接続され、ソースの負端子がダイオードのp型端に接続されている場合、電流は流れません。逆飽和電流以外のダイオード。
• これは、逆バイアス状態では、逆バイアス電圧の増加に伴い、接合部の空乏層が広くなるためです。
• 少数キャリアのため、ダイオードのn型からp型の端に小さな電流が流れますが。この電流は逆飽和電流と呼ばれます。
• 少数キャリアは、主にそれぞれp型半導体とn型半導体で熱的に生成された電子/正孔です。
• ここで、ダイオードに逆方向に印加される電圧が継続的に増加すると、特定の電圧の後、空乏層が破壊され、ダイオードに巨大な逆電流が流れます。
• この電流が外部から制限されておらず、安全値を超えている場合、ダイオードは永久に破壊される可能性があります。
• これらの高速で移動する電子は、デバイス内の他の原子と衝突して、それらからさらにいくつかの電子をノックオフします。そのように放出された電子は、共有結合を切断することにより、原子からさらに多くの電子を放出します。
• このプロセスはキャリア増倍と呼ばれ、p-n接合を流れる電流が大幅に増加します。関連する現象は、アバランシェブレークダウンと呼ばれます。

逆バイアスダイオード

整流ダイオードのいくつかのアプリケーション

ダイオードには多くの用途があります。ダイオードの典型的な用途のいくつかを次に示します。

• ACをDC電圧に変えるなど、電圧を整流する
• 電源からの信号の分離
• 電圧リファレンス
• 信号のサイズの制御
• 信号の混合
• 検出信号
• 照明システム
• レーザーダイオード

半波整流器

ダイオードの最も一般的な用途の1つは、 DC電源へのAC電圧 供給。ダイオードは一方向にしか電流を流すことができないため、入力信号が負になると電流が流れなくなります。これはと呼ばれます 半波整流器 。下の図は、半波整流ダイオード回路を示しています。

半波整流器

全波整流器

• に 全波整流ダイオード回路 4つのダイオードで構築されます。この構造により、波の両方の半分を正にすることができます。入力の正と負の両方のサイクルについて、 ダイオードブリッジ 。
• 2つのダイオードは順方向にバイアスされていますが、他の2つは逆方向にバイアスされており、回路から効果的に排除されています。両方の伝導経路により、電流が負荷抵抗を介して同じ方向に流れ、全波整流が実現します。
• 全波整流器は、AC電圧をDC電圧に変換するために電源で使用されます。出力負荷抵抗と並列の大きなコンデンサは、整流プロセスからのリップルを低減します。下の図は、全波整流ダイオード回路を示しています。

全波整流器

したがって、これはすべて整流ダイオードとその使用法に関するものです。リアルタイムの電気で定期的に使用されている他のダイオードを知っていますか エレクトロニクスプロジェクト ？次に、下のコメントセクションにコメントしてフィードバックをお寄せください。ここにあなたへの質問があります、 Dで空乏領域がどのように形成されるか ヨウ素？