ダイオード

【ダイオードの静特性とは?】グラフの見方や特徴などを詳しく説明します!

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この記事ではダイオードにかかる電圧と流れる電流の関係を示したダイオードの静特性について詳しく説明します。

ダイオードの静特性とは?

ダイオードの静特性とは
上図はダイオードにかける電圧を横軸方向、ダイオードに流れる電流を縦軸方向にプロットした「電圧-電流特性」です。この特性曲線をダイオードの静特性といいます。

この「電圧-電流特性」によって、ダイオードに電圧をかけると電流がどのくらい流れるのかが分かります(上図の場合、ダイオードにVF1の電圧を印加したら、電流はIF1流れるということになります)。

「電圧-電流特性」は大きく3つの領域(順方向領域逆方向領域降伏領域)に分かれています。これから各領域について説明します。

順方向領域

ダイオードに順電圧VFを印加した時の特性です。ダイオードのアノード(P形半導体の端子)に正電圧、カソード (N形半導体の端子)に負電圧を印加しています。

ダイオードの順電圧VFを印加した場合、約0.6Vを超えると急激に順電流IFが流れ始めます。0.6V以下ではほとんど順電流IFが流れません。

この順電圧VFは温度によって変化します。順電圧VFの温度特性は以下の記事で説明していますので、参考にしてください。

補足

  • ダイオードのアノード側に正電圧、カソード側に負電圧を印加することを「順バイアスをかける」と言います。
  • 順電流は順方向電流とも呼ばれています。
  • 順電圧は順方向電圧、順方向バイアス電圧とも呼ばれています。
  • 順電流は英語で『Forward Current』と書きます。そのため、順電流の記号がIFとなっています。
  • 順電圧は英語で『Forward Voltage』と書きます。そのため、順電圧の記号がVFとなっています。
  • ゲルマニウムダイオードの場合、順電圧VF が0.2V~0.4V程度になると急激に順電流IFが流れ始めます。
  • 電流が急激に流れ始める電圧を閾値電圧VTH立ち上がり電圧といいます。

逆方向領域

ダイオードに逆電圧VRを印加した時の特性です。ダイオードのアノード(P形半導体の端子)に負電圧、カソード (N形半導体の端子)に正電圧を印加しています。

ダイオードの逆電圧VRを印加した場合、ほとんど逆電流IRが流れません。一般的なダイオードの逆電流IRは数nA~数uAとなっています。

補足

  • ダイオードのアノード側に負電圧、カソード側に正電圧を印加することを「逆バイアスをかける」と言います。
  • 逆電流は逆方向電流リーク電流とも呼ばれています。
  • 逆電圧は逆方向電圧、逆方向バイアス電圧とも呼ばれています。
  • 逆電流は英語で『Reverse Current』と書きます。そのため、逆電流の記号がIRとなっています。
  • 逆電圧は英語で『Reverse Voltage』と書きます。そのため、逆電圧の記号がVRとなっています。

降伏領域

逆電圧VRが大きくなると、逆電流IRが急激に流れます。この現象を降伏といい、その時の電圧を降伏電圧(ブレークダウン電圧、ツェナー電圧)と言います。この領域を積極的に利用したダイオードがツェナーダイオード(定電圧ダイオード)です。通常のダイオードはこの領域を利用しません。

ショットキーバリアダイオードの静特性

ショットキーバリアダイオードの静特性
一般的なダイオードはP型半導体とN型半導体を接合したPN接合なのに対して、ショットキーバリアダイオードは金属と半導体との接合によって生じるショットキー障壁を利用したダイオードとなっています。

ショットキーバリアダイオードは順電圧VFがPN接合のダイオードに比べて小さいという特徴があります。しかし、逆電流IRが大きくなります。また、温度が上がると、逆電流IRが増えるため、熱設計を誤ると、熱暴走を起こしてしまう可能性があります(温度増加→逆電流増加→温度増加→逆電流増加・・・・ということです)。

まとめ

この記事ではダイオードの静特性について、以下の内容を説明しました。

当記事のまとめ

  • ダイオードの静特性とはダイオードにかける電圧を横軸方向、ダイオードに流れる電流を縦軸方向にプロットした「電圧-電流特性」のこと
  • ダイオードの静特性によって、ダイオードに電圧をかかると電流がどのくらい流れるのかが分かる!
  • 一般的なPN接合のダイオードの場合、順電圧VFが約0.6Vを超えると急激に順電流IFが流れ始める
  • ショットキーバリアダイオードの静特性

お読み頂きありがとうございました。

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