ダイオードとは?記号・仕組み・向きについて!

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この記事では『ダイオード』について

  • ダイオードとは
  • ダイオードの『記号』・『仕組み』・『向き』・『役割』

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

ダイオードとは

ダイオードとは

ダイオードは、電気の流れ(電流)を一方通行にする電子部品です。

ダイオードはP型半導体N型半導体を接合した構造が一般的です。P型半導体側の端子をアノード(A)、N型半導体側の端子をカソード(K)といい、アノード(A)からカソード(K)には電流を流しますが、カソード(K)からアノード(A)には電流を流しません

補足:ダイオードのイメージ図

ダイオードのイメージ図

ダイオードは電流の流れを制限する「」のようなイメージで考えると理解しやすくなると思います。

アノード(K)からカソード(K)の方向には弁が開くので、電流が流れます。一方、カソード(K)からアノード(A)の方向では弁が閉じるので、電流を流すことができません

補足

  • ダイオードはトランジスタやICなどと同じく『能動部品』の一種となります。
  • ダイオードはP型半導体とN型半導体を接合した構造が一般的と説明しましたが、金属と半導体を接合した構造のダイオードもあります。このような構造のダイオードを『ショットキーバリアダイオード』といいます。

ダイオードの『記号』

ダイオードの『記号』

ダイオードの記号はシンプルに「三角形と線」だけで、

  • 三角形の底辺側:アノード(A)端子
  • 線側:カソード(K)端子

となります。

また、参考書やネット等でダイオードを見ると、下記に示すように様々な記号があります。

「三角形を塗りつぶしている記号」と「三角形を塗りつぶしていない記号」がありますし、「丸で囲んでいる記号」と「丸で囲んでいない記号」もあります。これらは、どの回路記号を使用しても構いませんが、左上に記載している「三角形を塗りつぶしている&丸で囲んでいない記号」が一番多く見かけます。

ダイオードの『仕組み』

N型半導体は『マイナスの電荷をもっている自由電子』が多い半導体です。一方、P型半導体は『プラスの電荷を持っている正孔』が多い半導体です

ここで、アノード側に「+」、カソード側に「-」を印加した場合カソード側に「+」、アソード側に「-」を印加した場合におけるダイオードの仕組みについて考えてみましょう。

アノード側に「+」、カソード側に「-」を印加した場合

ダイオードの『仕組み』01

  1. N型半導体には自由電子が補給されます。一方、P型半導体は自由電子が引き抜かれます(言い換えれば、P型半導体には正孔が補給されます)。
  2. その結果、「N型半導体内部の自由電子」はP型半導体側に移動します。同様に、「P型半導体内部の正孔」はN型半導体側に移動します。
  3. PN接合部では自由電子と正孔が結合して消滅します。
  4. 電源VからN型半導体には自由電子、P型半導体には正孔が補給されて続けるため、電流が流れ続けます。

→上記の仕組みにより、アノード(A)からカソード(K)の方向には電流が流れます。

カソード側に「+」、アソード側に「-」を印加した場合

ダイオードの『仕組み』02

  1. 「N型半導体内部の自由電子」及び「P型半導体内部の正孔」は電極側に引き付けられます。
  2. PN接合部ではキャリア(自由電子や正孔)がないスペースができるため、電流を流すことができません。

→上記の仕組みにより、カソード(K)からアノード(A)の方向には電流が流れません。

ダイオードの『向き』

ダイオードの『向き』

上図に挿入実装(リード部品)と表面実装(チップ部品)のダイオードを示しています。

ダイオードは向きが分かるように、カソード(K)側にマークが付けられています。このマークでアノード(A)とカソード(K)を見分けることができます。

ダイオードの『役割』

ダイオードの『役割』

ダイオードには下記に示すように様々な役割があります。

  • 整流の役割
  • ダイオードの『アノード(A)からカソード(K)には電流を流しますが、カソード(K)からアノード(A)には電流を流さない』という特徴を用いることで、交流を直流に変換することができます。

    例えば、上図に示すようにダイオード4個を組み合わせることで、交流を直流に変換することができます。なお、上図の回路は全波整流回路と呼ばれています。

  • 逆流防止の役割
  • ダイオードの『カソード(K)からアノード(A)には電流を流さない』という特徴を用いて、逆流を防ぐことができます。

  • 電圧制御の役割
  • カソード(K)からアノード(A)にかかる電圧(逆方向電圧)がある一定値を超えると、電流が流れ始めるダイオードがあります。このような特徴を持つダイオードは『ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)』といい、回路記号も通常のダイオードと少し異なります。

    ツェナーダイオードと抵抗を上図に示すように組み合わせれば、電圧を一定に制御することができます。

  • 検波の役割
  • ダイオードはラジオなどの無線信号から音声信号を取り出す役割もあります。

ダイオードの『種類』

ダイオードの『種類』

ダイオードは上図に示すように『一般整流ダイオード』、『ショットキーバリアダイオード』、『ツェナーダイオード』など様々な種類があります。

下記の記事ではダイオードの種類について説明していますので、興味のある方は下記のリンクからぜひチェックをしてみてください。

ダイオードの『種類』と『特徴』と『記号』について!
ダイオードの『種類』と『特徴』と『記号』について!

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まとめ

この記事では『ダイオード』について、以下の内容を説明しました。

  • ダイオードとは
  • ダイオードの『記号』・『仕組み』・『向き』・『役割』

お読み頂きありがとうございました。

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