Ch.09 반도체와 다이오드

전기전자회로 (2)

기계설계·자동화공학부기계설계 자동화공학부

9장의 구성

9 1 반도체 소자의 전기 전도9.1 반도체 소자의 전기 전도

9.2 pn접합과 반도체 다이오드9.2 pn접합과 반 체 다이

9.3 반도체 다이오드를 위한 회로 모델

9.4 정류기 회로

9 5 직류 전원 제너 다이오드와 전압 조정9.5 직류 전원, 제너 다이오드와 전압 조정

9.6 신호 처리의 응용9.6 신 처리의 응용

9.7 광 다이오드

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 1

9.1 반도체 소자의 전기 전도

4족 원소

Si Ge

실리콘 게르마늄

14 32

공유 결합

14 32

최외각 전자를 공유하는 결합공유 결합 최외각 전자를 공유하는 결합

진성 반도체• 진성 반도체(Intrinsic semiconductor)

불순물을 포함하지 않는불순물을 포함하지 않는

순수한 반도체

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 2

9.1 반도체 소자의 전기 전도

자유전자(Free electron)와 정공(Hole)

• 전자 – 정공쌍

• 재결합(Recombination)

자유전자와 정공이

다시 결합하는 현상

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 3

9.1 반도체 소자의 전기 전도

불순물 반도체(Impurity semiconductor)

• 도핑(Doping) : 진성 반도체에 불순물을 넣어 전자 혹은 정공의수를 증가시키는 과정

P As

5족 원소

P As

인 비소

15 33

• 도너(Doner): 자유 전자를 추가로 자유 전자를 추가로

제공해주는 원소

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 4

9.1 반도체 소자의 전기 전도

3족 원소

Al Ga

알루미늄 갈륨

13 3113 31

• 억셉터(Acceptor): 자유 전자를 추가로

제공해주는 원소

다수 운반자, 소수 운반자

P형 반도체 N형 반도체P형 반도체 N형 반도체

다수 운반자 정공 자유전자

소수 운반자 자유전자 정공

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부

소수 운반자 자유전자 정공

5

9.2 pn접합과 반도체 다이오드

1 21 2

3 4

기계 설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 6

9.2 pn접합과 반도체 다이오드

확산 전류(Diff i )• 확산 전류(Diffusion current)운반자의 농도차에 의해서 운반자가 이동하는 현상

• 역포화전류소수 운반자에 의해 흐르는 전류

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 7

9.2 pn접합과 반도체 다이오드

순방향 바이어스

역방향 바이어스

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 8

9.2 pn접합과 반도체 다이오드

역방향 바이어스

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 9

9.3 반도체 다이오드를 위한 회로 모델

대신호 모델 단순한 on-off 스위치 취급

• on0≥dv

ff

d

• off0≤dv

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 10

9.3 반도체 다이오드를 위한 회로 모델

오프셋 다이오드 모델 공핍층의 전압 강하 적용

6.0≥dv 0.6 베터리

6.0≤dv 개방회로

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 11

d 방

9.3 반도체 다이오드를 위한 회로 모델

소신호 다이오드 모델 저항의 영향을 고려

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 12

9.3 반도체 다이오드를 위한 회로 모델

대신호 모델을 적용한 정류 회로

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 13

9.3 반도체 다이오드를 위한 회로 모델

오프셋 다이오드 모델 및 소신호 다이오드 모델을 적용한정류회로정류회로

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 14

9.4 정류기 회로

전파 정류기

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 15

9.4 정류기 회로

브리지 정류기

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 16

9.5 직류 전원, 제너 다이오드와 전압 조정

제너다이오드 = 정전압다이오드(voltage regulator diode)

γVvD ≥1. : 순방향 다이오드

VvV ≤≤−2 : 개방 회로γVvV DZ ≤≤2. : 개방 회로

ZD Vv −≤3. : 제너 항복

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 17

9.5 직류 전원, 제너 다이오드와 전압 조정

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 18

9.6 신호 처리의 응용

다이오드 클리퍼 : 대신호 모델

maxVvS ≥1. : D1 on

maxmax VvV S ≤≤−2. : D1, D2 off

Vv ≤3 : D onmaxVvS −≤3. : D2 on

기계 설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 19

9.6 신호 처리의 응용

다이오드 클리퍼 : 소신호 모델

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 20

9.6 신호 처리의 응용

다이오드 클램프

기계설계·자동화공학부기계설계·자동화공학부 21