제너 다이오드와 발광 다이오드

1. 제너 다이오드

 

다이오드 중에도 역방향 전류가 흘러도 파괴되지 않고 역전압이 낮아지면 전류를 차단하는 것이 있다. 이것을 제너 다이오드라 하고 역방향 전류가 급속히 증가할 때의 전압을 제너 전압이라 한다. 제너 다이오드는 정전압 소자로 사용된다. 바꿔 말하면 회로에서 원하는 전압을 얻고자 할 때 사용한다. 회로에서 요구되지 않은 높은 전압이 인가되었을 때, 제너 다이오드는 이 전압을 자신을 통과하게 함으로써 TR 등의 소자를 보호하게 된다. 그러므로 제너 다이오드를 정전압 다이오드라고도 부른다. 제너 다이오드는 실리콘 다이오드의 일종이며 어떤 전압 하에서는 역방향으로도 전류가 흐를 수 있도록 제작한 것이다. 제너 다이오드는 역방향으로 가해지는 전압이 어떤 값에 도달하면 순방향 특성과 같이 급격히 전류를 흐르게 한다. 이때의 전압을 제너 전압이라고 한다. 그리고 역방향 전압이 점차 감소하여 제너 전압 이하가 되면 역방향 전류가 흐르지 못한다. 이 제너 전압은 온도 및 사용에 의한 변화가 작다. 제너 다이오드에 역방향 전압을 점차 증가시키면 자유 전자의 기세가 강해져 공유 결합을 하고 있는 가전자를 끌어내 자유 전자와 정공을 증가시키기 때문에 큰 전류가 흐른다. 그러나 제너 다이오드에는 제너 현상이 발생하는 이상의 높은 전압을 가했을 때 전류는 급격히 증가를 하지만 전압은 일정하게 되는 정전압 작용이 있다. 제너 다이오드는 역방향 전압을 가하였을 때 정전압 작용을 하므로 안정화 전원 회로에 널리 이용되고 있다. 자동차에서는 트랜지스터식 점화 장치, 전압 조정기 등에서 사용하고 있다. 

 

 

2. 서지 전압

 

코일에는 인덕턴스가 있기 때문에 전류를 차단하였을 때 전류가 감소하려는 것을 방해하려는 유도 작용이 발생한다. 코일의 인덕턴스는 전류의 변화가 클수록 커지며 이 서지전압은 접점에 불꽃을 일으켜 접점의 소손 원인이 되고 반도체 소자를 스위치로 하였을 때 불꽃은 발생하지 않지만 소자의 열화가 발생한다. 이로 인하여 낮은 내전압의 반도체 소자의 스위치에서는 반도체를 보호하기 위한 서지 흡수 회로를 사용한다.

 

 

3. 발광 다이오드

 

발광 다이오드는 LED라고도 하며, PN접합 다이오드에 순방향 전류를 가하면 빛을 발생하는 다이오드이다. LED의 특징은 부드러운 적색, 녹색과 동 황색 등의 단색광을 내는 것이며 반도체로 만들어진 것으로 수명이 반영구적이다. 전기를 빛으로 변경하는 것에는 여러 가지가 있으나, 일반적인 전구도 이에 해당한다. 전구에 전류를 흐르게 하면 빛이 나고, 이때에 전류는 전구의 필라멘트를 가열하는 역할을 한다. 이와 같이 전구는 전기 에너지를 일단 열로 변경한 뒤 빛 에너지로 변경한다. LED는 전구와는 달리 전기 에너지를 반도체 안에서 바로 빛으로 변환할 수가 있다. 이러한 이유로 가열하는 과정이 없기 때문에 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. LED의 구조는 일반적인 다이오드와 유사한 PN반도체를 접합한 구조로 되어 잇다. PN 접합에서의 발광이 반도체 안을 통과하여 외부로 나오면 그 빛을 볼 수 있게 된다. LED 백라이트 기술을 이용한 LED TV나 태양열을 이용한 가로등, 전등, 모바일 디스플레이 조명, 자동차, 신호등, 경관조명, 실내조명, 상품 디스플레이 조명등 각종 인테리어 조명에서 사용하는 사업이 늘어나고 있는 추세이다. LED 조명은 다양한 응용이 가능하기 때문에 많은 제품에서 사용되고 있으면 추후에 형광등과 백열등을 대체할 제품으로 각광받고 있으며 대표적인 LED 응용제품으로 다양한 색상을 표현할 수 있는 LED의 RGB 색상 표현을 이용하여 이미지를 더욱 선명하게 만들면서 열과 전력소비를 크게 줄이는 역할을 하는 LED 백라이트를 개발하여 LED TV를 만들게 되었다. LED는 주기율표 상에서 3족과 5족의 원소가 화합하여 만들어진 것으로 발광효율이 거의 100%에 가깝다는 장점이 있다. 이는 실리콘보다 약 1만 배 정도 높은 효율로 물질 개발 초기부터 LED가 다이오드 레이저 등 발광소자에 널리 응용되어 광통신 혁명의 주역이 되었다. 또 전자의 이동속도가 높고 고온 동작이 가능하여 고속/고전력 전자소자에도 널리 사용되고 있다.