実際のアプリケーションに役立つさまざまな種類のダイオードが存在します。ダイオードの各カテゴリには独自の特性があり、この記事ではその概要を説明します。
ダイオードとは何ですか?
ダイオードは、電気がプラスからマイナスへ一方向にのみ流れるようにする電気チェックバルブと考えることができます。象徴的には、この流れをダイオードの正極（アノード）側から負極（カソード）側を指す矢印で表します。このシンボルの端には垂直線があり、これは多くの物理コンポーネントの負極側のストライプに対応します。ダイオードは何をするのですか?
この基本的な機能以外にも、ダイオードはさまざまな特殊な機能を実行できます。これらは次のように異なります:
1.異なる電気的挙動を示すダイオード
2.光を発するもの（LED）
3.温度や光のレベルなどの特性を感知できるもの
以下では、いくつかの異なるタイプについて説明し、その後でダイオードの一般的な用途をいくつか説明します。
ダイオードの種類
過去と現在の最も注目すべきダイオードのカテゴリをいくつか見てみましょう。真空管ダイオードを除き、このリストにあるダイオードはすべて半導体ベースです。
真空管（熱電子）ダイオード： 最初の真空ダイオードは、最初の固体（半導体ベース）ダイオードと同時に1900年代初頭に開発されました。真空ダイオードは20世紀半ばまで一般的でしたが、最終的には半導体ベースのコンポーネントに市場シェアを奪われました。真空管ダイオードは、比較的珍しいものの、一部の高出力アプリケーションや特殊なオーディオ機器で今でも使用されています。
P-N接合ダイオード: このタイプのダイオードは、pタイプ (電子正孔の過剰に対して正) 半導体とnタイプ (電子の過剰に対して負) 半導体が融合して構成されています。正の半導体は負の半導体材料に対して正の電圧源に接続され、電子と正孔を接合領域に向かって押し出し、電気が流れるようにします。反対方向に電圧が印加されると、つまり「逆バイアス」されると、2つの領域間の空乏層が拡大し、電子の流れが止まります。
ツェナー ダイオード: 通常のp-n接合ダイオードは、逆バイアス方向に十分な電圧が印加され、電流が流れると故障します。ただし、 ツェナー ダイオード は、通常の動作の一環として、設定された電圧レベルでこの動作を示すように設計されています。これらのダイオードも、標準のp-n接合ダイオードと同様に順方向バイアス領域で電流を流しますが、逆方向の能力があるため、電圧調整やAC波形の変更などのアプリケーションに適しています。
真のツェナー ダイオードは約5ボルト以下で動作しますが、より高い電圧領域で動作するダイオードは異なる原理で動作し、アバランシェ ダイオードとして知られています。両方のダイオードがツェナー ダイオードと呼ばれることがよくあります。
ショットキー ダイオード: 純粋な半導体ダイオードが一方向にのみ導通する場合、600 ～ 700 mVの順方向電圧降下が発生します。ショットキーダイオード の動作は少し異なります。p-n半導体接合を使用する代わりに、半導体金属接合を使用して電圧を150 ～ 450 mVの範囲に下げます。ショットキーダイオードではN型半導体 (過剰電子) が一般的ですが、状況によってはp型半導体が使用されることもあります。ショットキー ダイオードは、DC電源や逆電流保護のコンポーネントなど、さまざまな用途に適しています。
ダイオードの実用的応用
上のセクションではダイオードのいくつかの用途について触れましたが、一般的なダイオードの用途には次のようなものもあります。
1.整流: ダイオードの最も基本的な機能は 整流器として機能し、 交流電源を一定の（または少なくとも変化する一方向の）電源に整流することです。どのダイオードでも、一方向または他方向の電力の流れをブロックすることでこのタスクを実行できますが、一部のダイオードは他のダイオードよりもこのタスクに適しています。
複数のダイオードを配置して全波ブリッジ整流器を形成することもできます。ダイオードは、AC信号の半分をブロックするのではなく、半分ずつの流れを許可し、片側を反転して、電流が一方向にのみ流れるようにします。コンデンサ やその他のコンポーネントを使用すると、さらに平滑化して線形信号に近い電力を生成できます。
2.光の放射: 数年前までは、自宅やオフィスに照明が必要な場合は白熱電球を購入していました。これらの優れた装置はエジソンの時代からうまく機能してきましたが、光のほかに、これらのコイルが使用するエネルギーの多くは熱に変換されます。LED ははるかに効率的な光源を提供します。これらの電球は、家庭用のAC電源で動作するために追加の制御回路が必要になることもあり、白熱電球よりも高価です。
もちろん、LEDは、関連する回路なしで、はるかに小さなフォーム ファクターでも利用できます。これらは、スルーホール コンポーネントとして、またはプリント回路基板で使用するための表面実装デバイスとして提供されます。これらの表面実装LEDは、厚さがわずか0.2 mmの0201フォーム ファクタまで小型化できます。
3.誘導性負荷の消費: 誘導性負荷がオフになると、蓄積されたエネルギーはどこかに放出されます。適切な回路保護がないと、蓄積されたエネルギーによって電圧スパイクが発生し、スイッチ全体にアーク放電が発生したり、トランジスタに過負荷がかかる可能性があります。「フライバック」構成のダイオードは、シンプルなソリューションを提供します。動作中はインダクタを適切な方向に電気が流れ、電源がオフになるとダイオードの順方向バイアス方向を逆方向に流れます。この構成により、電流がインダクタを介して消散し、電源にフィードバックされるため、回路が保護されます。
4.センシングと制御: 半導体は光学効果に基づいて電荷を生成できます。一般的に、これらのデバイスは、意図しない電気活動を避けるために光を遮断するような方法でパッケージ化されています。ただし、フォトダイオードはこの効果を最適化するように構築されており、 センサーとして機能する光透過性材料にパッケージ化されています。これらのフォトダイオードは、消費者向けリモコン内部など、赤外線スペクトルでよく使用されます。
ここで見られるように、ダイオードは電流を一方向にのみ伝導する役割を果たしますが、他の多くの用途にも使用できます。ダイオードが現実世界でどのように動作するかについては、ここまででほんの少し触れましたが、学ぶべきことはまだまだたくさんあります。
