電子設計から製造、修理に至るまで、ダイオードはいくつかの用途に広く使用されています。これらはさまざまなタイプであり、その特定のダイオードの特性と仕様に基づいて電流を転送します。これらは主に、P-N接合ダイオード、感光性ダイオード、ツェナーダイオード、ショットキーダイオード、バラクターダイオードです。感光性ダイオードには、LED、フォトダイオード、太陽電池が含まれます。これらのいくつかは、この記事で簡単に説明されています。

1.P-N接合ダイオード

P-N接合は、P型とN型の半導体材料で形成された半導体デバイスです。 P型は正孔濃度が高く、N型は電子濃度が高い。正孔の拡散はp型からn型へ、電子の拡散はn型からp型へです。

自由電子がn型からp型に移動すると、n型領域のドナーイオンは正に帯電します。したがって、接合部のN側に正電荷が発生します。接合部を横切る自由電子は、正孔を埋めることによる負のアクセプターイオンであり、接合部のp側に確立された負の電荷が図に示されています。

n型領域の正イオンとp型領域の負イオンによって形成される電界。この領域は拡散領域と呼ばれます。電界が自由キャリアをすばやく一掃するため、この領域では自由キャリアが枯渇します。ビルトインポテンシャルV_とともにÊがジャンクションで形成されるため、図に示されています。

P-N接合ダイオードの機能図：

P-N接合ダイオードの機能図

P-N接合の前方特性：

バッテリーのプラス端子をP型に接続し、マイナス端子をN型に接続した場合をP-N接合の順バイアスと呼びます。

P-N接合の前方特性

この外部電圧がポテンシャル障壁の値（シリコンの場合は約0.7ボルト、Geの場合は0.3V）より大きくなると、ポテンシャル障壁を越えて、接合部を横切る電子の移動によって電流が流れ始めます。

P-N接合の順方向バイアス特性

P-N接合の逆特性：

ダイオードのn部に正電圧、p部に負電圧が印加されている場合、逆バイアス状態と言われます。

P-N接合逆特性回路

ダイオードのN部に正の電圧が印加されると、電子は正の電極に向かって移動し、p部に負の電圧を印加すると、正孔が負の電極に向かって移動します。その結果、電子は接合部を通過して接合部の反対側の正孔と結合し、その逆も同様です。その結果、高いポテンシャル障壁を備えた高インピーダンス経路を有する空乏層が形成される。

P-N接合逆バイアス特性

“有限状態機械の設計例 ”

P-N接合ダイオードのアプリケーション：

P-N接合ダイオードは2端子の極性に敏感なデバイスであり、順方向バイアスの場合はダイオードが導通し、逆方向バイアスの場合はダイオードが導通しません。これらの特性により、P-N接合ダイオードは次のような多くのアプリケーションで使用されます。

DCの整流器電源
復調回路
クリッピングおよびクランプネットワーク

2.フォトダイオード

フォトダイオードは、入射光エネルギーに比例した電流を発生させるダイオードの一種です。これは、セキュリティシステム、コンベヤー、自動切り替えシステムなどに適用される光から電圧/電流へのコンバーターです。フォトダイオードは構造上のLEDに似ていますが、そのp-n接合は光に非常に敏感です。ｐ－ｎ接合は、Ｐ－Ｎ接合に光を入れるために、露出されるか、または窓で包装され得る。順方向にバイアスされた状態では、電流はアノードからカソードに流れますが、逆方向にバイアスされた状態では、光電流は逆方向に流れます。ほとんどの場合、フォトダイオードのパッケージはLEDに似ており、アノードとカソードのリード線がケースから突き出ています。

“ミニ旋盤モーターコントローラーの概略図 ”

フォトダイオード

フォトダイオードには、PNフォトダイオードとPINフォトダイオードの2種類があります。違いはパフォーマンスにあります。 PINフォトダイオードには固有の層があるため、逆バイアスする必要があります。逆バイアスの結果、空乏領域の幅が広がり、p-n接合の静電容量が減少します。これにより、空乏領域でより多くの電子と正孔を生成できます。ただし、逆バイアスの欠点の1つは、ノイズ電流が発生し、S / N比が低下する可能性があることです。したがって、逆バイアスは、より高い値を必要とするアプリケーションにのみ適しています。帯域幅。 PNフォトダイオードは、動作に偏りがないため、低照度のアプリケーションに最適です。

フォトダイオードは、光起電モードと光伝導モードの2つのモードで動作します。光起電力モード（ゼロバイアスモードとも呼ばれます）では、デバイスからの光電流が制限され、電圧が上昇します。これでフォトダイオードは順方向にバイアスされた状態になり、「暗電流」がp-n接合を横切って流れ始めます。この暗電流の流れは、光電流の方向と反対に発生します。光がない場合、暗電流が発生します。暗電流は、バックグラウンド放射線によって誘導される光電流にデバイスの飽和電流を加えたものです。

光伝導モードは、フォトダイオードが逆バイアスされているときに発生します。この結果、空乏層の幅が広がり、p-n接合の静電容量が減少します。これにより、ダイオードの応答時間が長くなります。応答性は、発生した光電流と入射光エネルギーの比率です。光伝導モードでは、ダイオードはその方向に沿って飽和電流または逆電流と呼ばれる小さな電流のみを生成します。この状態でも光電流は変わりません。光電流は常に発光に比例します。光伝導モードは光起電モードよりも高速ですが、光伝導モードでは電子ノイズが高くなります。シリコンフォトダイオードはバンドギャップが大きいため、シリコンベースのフォトダイオードはゲルマニウムベースのフォトダイオードよりもノイズが少なくなります。

3.ツェナーダイオード

ツェナーダイオードは、整流ダイオードと同様に順方向に電流を流すことができるダイオードの一種ですが、同時に、電圧がツェナーのブレークダウン値を超えている場合にも逆方向に電流を流すことができます。これは通常、ツェナーの定格電圧より1〜2ボルト高く、ツェナー電圧またはアバランシェポイントとして知られています。ツェナーは、ダイオードの電気的特性を発見したクラレンス・ツェナーにちなんで名付けられました。ツェナーダイオードは、電圧調整や、半導体デバイスを電圧変動から保護するための用途があります。ツェナーダイオードは、電圧リファレンスとして、および回路間の電圧を調整するためのシャントレギュレータとして広く使用されています。

ツェナーダイオードは、逆バイアスモードでそのp-n接合を使用して、ツェナー効果を与えます。ツェナー効果またはツェナーブレークダウンの間、ツェナーは電圧をツェナー電圧と呼ばれる一定値に近づけます。従来のダイオードにも逆バイアスの性質がありますが、逆バイアス電圧を超えると大電流が流れて損傷します。一方、ツェナーダイオードは、ツェナー電圧と呼ばれる絶縁破壊電圧が低減されるように特別に設計されています。ツェナーダイオードはまた、制御されたブレークダウンの特性を示し、電流がツェナーダイオードの両端の電圧をブレークダウン電圧に近づけることを可能にします。たとえば、10ボルトのツェナーは広範囲の逆電流にわたって10ボルトを降下させます。

ツェナーシンボルツェナーダイオードが逆バイアスされると、そのp-n接合でアバランシェ降伏が発生し、ツェナーは逆方向に導通します。印加された電界の影響下で、価電子は加速されて他の電子をノックして放出します。これは雪崩効果で終わります。これが発生すると、電圧のわずかな変化によって大きな電流が流れます。ツェナーブレークダウンは、印加される電界と、電圧が印加される層の厚さに依存します。

ツェナーの内訳ツェナーダイオードには、ツェナーを流れる電流を制限するために、直列に電流制限抵抗が必要です。通常、ツェナー電流は5mAに固定されています。たとえば、10 Vツェナーを12ボルトの電源で使用する場合、ツェナー電流を5 mAに保つには、400オーム（ほぼ値は470オーム）が理想的です。電源が12ボルトの場合、ツェナーダイオードの両端に10ボルト、抵抗の両端に2ボルトがあります。 400オームの抵抗の両端に2ボルトがある場合、抵抗とツェナーを流れる電流は5mAになります。したがって、原則として、電源電圧に応じて、220オームから1Kの抵抗がツェナーと直列に使用されます。ツェナーを流れる電流が不十分な場合、出力は安定化されず、公称ブレークダウン電圧よりも低くなります。