다이오드의 종류와 특성(다이오드,쇼트키다이오드,제너다이오드)

 

1. 일반 다이오드(Silicon Diode)

 

  다이오드를 통하여 전류가 흐르려면, 다이오드의 문턱전압을 넘어야한다. 일반 실리콘 다이오드의 경우 약 0.8v 이다.

 

이때, 다이오드가 열을 내뿜는데 아래의 소비전력과 발열 특성을 가지고 있다. 

 

 

 

2. 쇼트키 다이오드(Schottky barrier Diode)

  문턱전압이 실리콘 다이오드보다 낮은 다이오드 이다.

  즉, 쇼트키 다이오드가 온도 특성을 실리콘다이오드보다 더 낮게 가져갈 수 있다. 

다른 장점으로는 문턱전압이 낮기 때문에 아주 빠른 스위칭 속도를 가진다. 그말은 전압강하가 적게 일어나는 것과 같다. 

 

  주파수 60Hz의 Sine Input 인 노란색 파형, 초록색은 일반 실리콘, 파란색은 쇼트키 다이오드이다.  오른쪽 위의 전압 값을 보면, 쇼트키 다이오드의 전압강하가 일반 실리콘 다이오드의 전압강하의 비해 덜 일어난 것을 확인할 수 있다. 

    - 실리콘다이오드 : 5.6V → 4.9V, 약 1V 전압강하

    - 쇼트키다이오드 : 5.6V → 5.4V, 약 0.2V 전압강하

    → 쇼트키 다이오드의 전압강하가 더 낮게 일어난다. 

 

  주파수가 60Hz에서 300kHz로 높아지면 쇼트키 다이오드의 성능이 나온다. 상대적으로 전환이 느린 실리콘 다이오드는 파형이 복원되기전에 다시 전압이 바뀌는 과정을 거치므로 불안정한 파형을 보인다. 

  반면 쇼트키 다이오드는 빠른 전환속도 덕분에 높은 주파수에서도 안정적인 전압을 공급할 수 있다. 

 

그렇다면 왜 모든 회로에서 사용하지 않을까? 쇼트키 다이오드의 전환이 빠르고, 문턱전압도 낮은데도 말이다. 

 

쇼트키 다이오드는 역방향의 흐름을 막는데 강하지 못하기 때문이다. 역방향으로 흐르는 전류를 실리콘 다이오드에 비해 완벽히 막지 못한다.

왼쪽: 실리콘 다이오드의 역전류 값                                                     오른쪽:쇼트키 다이오드의 역전류 값

회로의 특성에 따라 다르겠지만 Peak Detect circuit 등과 같은 회로에는 20mA는 아주 큰 값이다. 이런 큰 값은 센서같은 소자 값 변동에 아주 큰 영향을 주기도 한다. 

 

 

3. 제너다이오드

  일반 실리콘 다이오드와 같다. 하지만 양방향 다이오드로써 회로를 보호하는 역할을 한다. 

 

 

예를 들어서 아래와같이 아날로그 시그널 A0핀에 임펄스 신호가 섞여 들어온다고해보자. 

  이 때, 제너다이오드를 추가하면 튀는 값을 잡을 수 있다. 

삼각파의 60Hz Vpp= 20V의 신호를 우측의 회로에 적용해보자. 

1n5226 은 순방향 3.3v, 역방향 1v 통과해주는 제너다이오드 이다.

결과1. -10v 가흐를때, 회로에는 역방향 다이오드가걸려서 -1v가 측정된다.

 

-1v와 3.3v 사이에흐르는 전압은 이상전압곡선을 그린다. 다이오드가 없다는 생각마저 들정도다.

3.3v 가 된다면, 제노다이오드의 순방향으로 동작한다. 3.3v에 새츄레이션되며, 3.3v이상 흐르지 않게된다.

 

위 현상을 10v -10v로 확인해보면 제노다이오드의 전압은 -1v에서 3.3v사이를 오가게 된다.

 

1N5231 은 5v순방향 2v역방향을 가지고 있다.

하지만 허용할수 있는 전류가 있다. 예를들어 0mA의 전류를 흘리면 아무런 상관이없지만, 허용전류인 50mA를 넘어가게되면, 다이오드가 쓸모없어지는 구간이 발생한다.

 

데이터 시트에보면, Test current가 이상적일 경우 이고, 옆에 Leakage current가 동작을 제대로 못하게되기 시작하는 전류 구간이다.