[3주 차] - 다이오드 리미터 회로, 제너 다이오드 회로

    과목명 : 전자회로 설계(Electronic circuit design)

수업일자 : 2022년 09월 13일 (화)

 

 

 

 

1. 다이오드 리미터 회로

1-1 정의

- 다이오드 리미터 회로란, 신호의 진폭을 미리 정한 기준 전압 레벨로 제한하는 회로를 말합니다.

이처럼 신호의 진폭을 제한할 수 있기 때문에 특정 부하를 보호하는 특성을 가집니다.

 

- 다이오드와 DC 전원 연결의 극성에 따라 양(Positive) 또는 음(Negative) 리미터로 구현됩니다.

 

- 다이오드와 출력 부분의 연결에 따라 병렬형 또는 직렬형 리미터 회로로 구분되며, 기준 전압 레벨을 정하는 DC 전원의 극성에 따라 다양한 형태로 구현이 가능합니다.

 

 

 

 

1-2. 병렬형 리미터 회로 

아래 그림처럼 다이오드가 출력과 병렬로 연결된 리미터 회로를 말합니다.

 

양(Positive) 리미터 병렬 회로

 

 

1-3. 다이오드의 여러 가지 종류

(1) PN 접합 다이오드

- 인가되는 전압의 극성에 따라 한쪽 방향으로만 전류를 흐르게 하고 반대 방향으로는 전류가 흐르지 못하게 하는 다이오드이며, 가장 기본적으로 교류를 직류로 변환하는 정류기(Rectifier)에 사용됩니다.

 

 

(2) 쇼트키 다이오드(Schottky diode)

- 금속과 반도체의 접촉면에 생기는 장벽(쇼트키 장벽)에 의한 정류작용을 이용하는 다이오드입니다. PN 접합 다이오드에 비해 낮은 전압 강하와 매우 빠른 스위칭 특성을 가지므로 SMPS(Switching Mode Power Supply) 전원장치 등 고주파 정류회로에 사용됩니다.

 

 

(3) 제너 다이오드(Zener diode)

- 불순물이 높은 농도로 도핑된 PN 접합 다이오드의 한 형태이며 제너항복을 이용하여 정전압을 얻기 위해 사용됩니다.

 

 

(4) TVS(Transient Voltage Suppressor)

- 서지(Surge) 전압과 같은 순간적인 과전압을 억제하여 회로를 보호하는 용도로 사용되며 다만 지속적인 과전압 환경에서는 회로를 보호할 수 없습니다.

 

 

(5) LED(Light Emitting Diode)

- 다이오드에 순방향 바이어스가 인가되어 전류가 흐르면 빛을 내는 소자이며 갈륨(Ga), 비소(As), 인(P)등의 화합물 반도체로 만들어집니다.

 

 

(6) 포토 다이오드(Photo diode)

- PN 접합에 빛이 입사되면 전자와 정공 쌍이 생성되어 전류가 흐르게 되고, 빛의 세기에 비례하여 전압이 출력되는 소자입니다. 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광 센서의 형태로, LED의 반대 기능을 갖습니다.

 

 

 

 

 

 

2. 제너 다이오드 회로

 

2-1. 정의

- 제너 다이오드는 역방향 인계전압 근처에서 큰 역방향 항복 전류가 흐르는 제너 항복(Zener breakdown) 현상을 이용하는 소자로써 제너 항복이 발생하면 다이오드의 전압은 거의 일정한 값으로 유지되며 전류만 급격하게 증가하게 됩니다.

 

- 항복 전압 근처에서 다이오드 양 단자의 전압이 일정하게 유지되는 제너 다이오드의 특성 때문에 정전압 장치에 사용되며 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 합니다.

 

- 제너 다이오드는 일반 정류용 다이오드보다 불순물 도핑 농도가 높게 만들어집니다. 이 농도를 조절하여 원하는 제너 전압의 다이오드를 만들 수 있으며 다양한 제너 전압을 가진 소자가 여러 가지 형태로 상용화되어 있습니다.

 

 

 

 

2-2. 전류 - 전압 특성 

- 제너 다이오드의 회로 기호와 전류-전압 특성은 아래 그림과 같습니다.

 

- 제너 다이오드는 역방향 전압을 인가하여 사용하며  역방향 전압 인가 시, 전류가 거의 흐르지 않다가 특정 임계전압 근처에서 제너 항복 현상에 의해 전류가 급격하게 증가하게 됩니다.

 

- 제너 항복 영역에서는 다이오드 전류가 어느 정도 변해도 캐소드와 애노드 사이의 전압은 특정한 제너전압으로 거의 일정하게 유지되며 항복 영역에서 전류-전압-전 특성 곡선의 기울기가 매우 큰 편이므로 넓은 역방향 전류에서 매우 적은 제너 전압 변동을 갖습니다.

 

- 너무 큰 전류가 흐르면 전력 소모량이 증가하여 소자가 파괴될수 있습니다.

 

제너 다이오드 회로 기호와 전류-전압 특성 그래프

 

 

 

 

2-3. 동작 영역

 

 

 

2-4. 제너 다이오드를 이용한 정전압 회로

제너 다이오드를 이용한 정전압 회로 구성

 

 

 

 

 

- 학부에서 수강했던 전공 수업 내용을 정리하는 포스팅입니다.

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