ダイオードの整流作用
ダイオードは、アノード(陽極)およびカソード(陰極)の二つの端子を持ち(この用語は真空管から来ている)、電流を一方向にしか流さない。すなわち、アノードからカソードへは電流を流すが、カソードからアノードへはほとんど流さない。このような作用を整流作用という。
- 図1 では、アノードからカソードへ電圧をかけた場合。この場合、接合部で電子と正孔が結合し、電子の流れが生じる。
- 図2 では、カソードからアノードへ電圧をかけた場合。この場合、電子と正孔は、互いに端子付近に移動し、電子が流れなくなる。
電気の交流を直流に変換する際には整流作用が必要なため、電子機器の電源回路ではダイオードがよく用いられる。
ダイオードの種類
; PNダイオード(PN Diode)
- P型・N型という二種類の半導体が接合されている一般的なダイオードである。それぞれの半導体からは端子が出ており、P型半導体の端子をアノード(A)、N型半導体の端子をカソード(K)と呼ぶ。
; ショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode)
- 金属と半導体との接合面のショットキー効果の整流作用を利用している。順方向の電圧降下が低く、逆回復時間が短いため、高周波の整流に適する。漏れ電流が多く、サージ耐力が低い。漏れ電流を少なくしサージ耐力を強化したものも製作されている。
; 定電圧ダイオード(ツェナーダイオ-ド)(Zener Diode)
- 逆方向電圧をかけた場合、電流にかかわらず、一定の電圧が得られる性質を利用するもの。電圧の基準として用いられる。
; トリガ・ダイオード(ダイアック (DIAC))、サージ保護用ダイオード)
- 規定の電圧(ブレーク・オーバー電圧:VBO)を超えた電圧がかかった場合に導通状態になり端子間の電圧を低下させる双方向素子である。電子回路のサージ保護用として使用される。
; 可変容量ダイオード(バリキャップ (variable capacitance diode))
- 電圧を逆方向に掛けた場合にダイオードのPN接合の空乏層の厚みが変化することによる、静電容量(接合容量)の変化を利用した可変容量コンデンサ。機械的な部分がないため信頼性が高い。
; PINダイオード(p-intrinsic-n Diode)
- PN間に電気抵抗の大きな半導体層をはさみ少数キャリア蓄積効果を大きくし逆回復時間を長くしたものである。高周波交流を通過させる性質がある。空中線のバンド切り替えなど高周波スイッチングに用いられる。
; レーザーダイオード(laser diode)
- レーザー光線を発生させるもの。半導体レーザーとも呼ばれる。
; フォトダイオード(photo diode)
- PN接合に光が入射すると、P領域に正孔・N領域に電子が集まり電圧が生じる。その電圧または電流を測定し光センサとして利用するもの。PN・PIN・ショットキ・アバランシュ(APD)の各形式がある。太陽電池も同じ効果を利用している。
; バリスタ(非直線性抵抗素子)
- 一定の電圧を超えた場合、電気抵抗が低くなりサージ電圧から回路を保護する双方向素子である。酸化亜鉛焼結体の粒界の非直線抵抗性を利用している。
; トンネルダイオード(tunnel diode)、江崎ダイオード(Esaki diode)
- 量子トンネル効果により、順方向電圧をかけるほどに流れる電流量が少なくなる「負性抵抗」が現れる電圧領域を利用するもの。1957年に江崎玲於奈が発明した。