다이오드 란? - 정류(일반) 다이오드 특성의 이해 및 측정

다이오드 시험

 

다이오드란?

다이오드란 전압을 일정한 방향으로 인가했을때만 전류가 흐르는 정류작용을 하는 2단자 반도체이다. 주로 전류를 한 쪽 방향으로 흐르게 하고, 역방향으로는 전류가 흐르지 못하도록 하는 성질을 가지고 있다. 다이오드의 용도는 전원장치에서 교류 전류를 직류 전류로 바꾸는 정류기로서의 용도, 라디오의 고주파에서 꺼내는 검파용 전류의 ON/OFF를 제어하는 스위칭 용도등 다양하게 쓰인다. 

 

 

 

다이오드의 종류 및 기호

 

 

다이오드 종류	기호	특징
정류(일반) 다이오드		가장 기본적이고 범용적인 PN접합 다이오드. 정류작용을 하거나, 역전류를 방지하여 회로를 보호하는 역할로 많이 사용됨.
제너 다이오드		정전압 다이오드로, 역방향에서 전류가 변화하여도 전압이 일정한 제너 항복 현상을 이용하여 정전압 회로, 서지 전류 및 정전기로부터 IC를 보호하는 소자로 쓰임.
쇼트키 다이오드		금속과 반도체의 접합에서 발생하는 쇼트키 배리어 현상을 이용한 다이오드. 순방향 전압이 일반 다이오드보다 낮고, 스위칭 특성이 빨라, 고속스위칭 회로에 사용됨.
배리캡 다이오드		가변용량 다이오드로, 바랙터라 불림. 역방향 전압으로 커패시턴스를 가변할 수 있어, 라디오등의 동조 회로에 많이 쓰임.
발광 다이오드(LED)		LED라고 불리는 이 다이오드는 순방향 전압을 인가하면, 에너지가 빛이 되어 방출됨. 전기장치의 표시나 조명장치로 많이 사용됨.
포토 다이오드		광 다이오드라고 불리며, 광신호를 전기 신호로 변환하는 다이오드로, 빛의 강도에 따라 전류를 변화시킴. 광센서와,리모컨,화재경보기 등으로 많이 쓰임.
브리지 다이오드		4개의 다이오드를 연결한 브리지 회로로, 일반적으로 교류 입력을 직류 출력으로 변경할 때 많이 사용한다.

 

 

다이오드의 동작 특성

 

순방향 전압

다이오드의 애노드(A)에 양전압, 캐소드(K)에 음전압을 인가하는 것을 순방향 바이어스라고 한다. 순방향 바이어스가 인가되면, 애노드에서 캐소드로 전류가 흐르고 일정 순방향 전류가 흐르는데 필요한 전압을 순방향 전압이라고 한다. 일반적으로 많이 쓰이는 정류 다이오드의 경우, 약 0.7V의 순방향 전압에서 전류가 많이 흐르기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 

 

 

역방향 전압

 

다이오드의 애노드(A)에 음전압, 캐소드(K)에 양전압을 인가하는 것을 역방향 바이어스라고 한다. 역방향 바이어스가 인가되면, 캐소드에서 애노드로 미소 전류만 흐르다가 역방향 전압의 크기가 커지다가 제너 항복 현상이 생기면서, 큰 전류가 흐른다. 이 때의 전압을 역방향 전압이라고 하고, 제너 다이오드의 경우에는, 이것을 항복 전압이라고 한다. 

일반 정류다이오드 역방향 전압은 약100~5000V 로 부품마다 다양하며, 제너 다이오드보다 역방향 전압이 훨씬 큰것이 특징이다. 정류 다이오드의 역방향 전압을 측정하기 위해서는(부품 파괴 시험) 고전압의 커브 트레이서가 필요하다.

 

 

일반(정류) 다이오드 시험

 

디지털 멀티미터를 이용한 다이오드 시험

디지털 멀티미터에는 다이오드의 순방향 전압을 측정하는 기능들이 대부분 내장되어 있다. 디지털 멀티미터는 순방향과 역방향을 바이어스 시킬 전압을 인가하는데, 디지털 멀티미터마다 변할 순 있으나, 약 2.5~3.5V 정도 인가한다. 순방향 전압을 측정하는 테스트는 순방향 바이어스에 전압을 인가하여 다이오드에 인가되는 전압을 측정한다. 다이오드가 양호하면, 0.5~0.9V정도 측정이되고, 보통 0.7V이다. 반대로 역방향 바이어스일 때는 항복전압 이하에서는 전류가 거의 흐르지 않은 것을 이용하여, 측정되지 않는 것을 확인하는 시험을 한다. 그래서 표시는 0.L로 표시된다.

여기서 사용되는 장비는 핸디형 디지털 멀티미터 Agilent U1274A를 이용하여 1N4007 정류 다이오드를 시험한다.

 

 

 

순방향 전압 측정

 

① 디지털 멀티미터의 가운데 레버를 다이오드 기호에 위치하도록 돌린다.

② 빨간색 프로브는 가장 오른쪽의 다이오드 기호가 있는 빨강 커넥터와 연결하고, 검정 프로브는 COM이라고 적힌 검정 커넥터와 연결한다.

③ 다이오드의 애노드(+) 리드에는 빨강 프로브의 클립과 연결하고, 캐소드(-) 리드에는 검정 프로브의 클립과 연결한다.

 

④ 화면에 표시되는 순방향 전압 값을 확인하여, 순방향 전압 값이 0.5~0.9V 사이에 측정되는지 확인한다.

 

 

 

 

※ 멀티미터로 1N4007를 측정하는 경우, 밑의 그래프를 보면 약 0.9V일 때 흐르는 전류가 1A라고 데이터시트에 명시되어 있고, 멀티미터에서 측정되는 전류는 0.01A보다 작기 때문에 0.6V보다 값이 작을 수 있다.

 

 

 

 

 

 

역방향 바이어스 확인

 

① 디지털 멀티미터의 가운데 레버를 다이오드 기호에 위치하도록 돌린다.

② 빨간색 프로브는 가장 오른쪽의 다이오드 기호가 있는 빨강 커넥터와 연결하고, 검정 프로브는 COM이라고 적힌 검정 커넥터와 연결한다.

③ 다이오드의 캐소드(-) 리드에는 빨강 프로브의 클립과 연결하고, 애소드(+) 리드에는 검정 프로브의 클립과 연결한다.

 

④ 화면에 0.L로 표시되는지 확인한다.

 

 

 

 

 

 

다이오드 고장

다이오드가 고장으로 단락되었다면, 순방향 바이어스와 역방향 바이어스에서 전압이 모두 0.000V로 표시될 것이다. 고장이 아니라면, 위에 시험에서와 같이 역방향 바이어스에서 0.L로 표시되어야 한다.

또한 고장으로 다이오드가 개방되었다면, 순방향 바이어스와 역방향 바이어스 모두 0.L로 표시될 것이다.

 

 

 

 

 

 

V-I 커브 트레이서를 이용한 다이오드 시험

 

다이오드의 시험을 통해 이상유무를 판단하는 방법은 디지털 멀티미터로 측정하는 방법도 있지만, V-I 커브트레이서를 통해 다이오드 특성곡선을 측정하는 방법도 있다. V-I 커브는 전압(V)-전류(I) 특성 곡선으로 다이오드의 특성곡선을 확인함으로써 순방향 전압, 역방향 전압, 역방향 Leak 전류 등등 특성곡선으로 여러 가지 특성들을 확인할 수 있다.

여기서 ABI 사의 보드마스터8000 AICT 모듈에 포함된 V-I Tester를 통해 V-I 특성 곡선을 시험한다.

 

 

 

V-I 특성 커브 측정 및 비교

 

 

 

 

보드마스터 장비 사양 확인

 

① 보드마스터 8000의 전원버튼을 눌러 장비의 전원을 인가한다.

② 보드마스터 8000의 운영 소프트웨어인 SYSTEM8 Ultimate를 연다.

③ 시작할 때 보이는 장비의 Diagnostic(자가진단)의 결과가 PASS이면 확인을 누른다.

④ 화면 왼쪽의 Navigation창에 V-I Tester를 선택하여, V-I Tester 창을 연다.

⑤ AICT 모듈 전면의 채널 1의 V-I 커넥터(노랑)은 다이오드의 애노드(+)와 클립케이블로 연결하고, 채널1의 접지 커넥터(검정)은 다이오드의 캐소드(-)와 클립 케이블로 연결한다.

⑥ Start버튼을 클릭하여 시험을 시작한다.

⑦ 순방향에서는 약 0.7V 정도에서 전류가 흐르는 것을 확인하고, 역방향에서는 전류가 거의 흐르지 않는 것을 확인한다.

⑧ Store 버튼을 클릭하여, 해당 커브를 저장한다. 저장된 커브는 다른부품(동일모델명)과도 비교시험을 통해 PASS/FAIL의 결과를 확인한다.

 

 

 

 

 

 

 

시험 결과

커브 결과를 보면, 약 0.7V정도에서 전류가 흘러 커브가 위로 올라가는 것이 보일 것이다. 이 부분이 순방향 전압에 대한 특성 곡선이다. 그리고 역방향 바이어스에서는 전류가 흐르지 않아 –5V까지 전류가 흐르지 않는 것을 확인할 수 있다. 위의 전압설정을 50Vpk-pk로 변경하면, ±25V까지 측정이 되어, -25V까지의 역방향 커브를 확인할 수 있다. 다이오드에 대한 V-I 커브를 측정하고 Store 버튼으로 저장하면, 다른 부품의 V-I 커브를 측정할 때 저장된 커브와 비교하여 PASS/FAIL 결과를 나타낸다. 또한 AICT 모듈은 24채널의 커브를 저장 및 비교 시험이 가능하다. 

 

 

 

다이오드 고장 V-I 특성 커브

 

 

다이오드 고장으로 단락이 되었다면, 세로로 일자로 되는 커브가 보일 것이다.

 

 

 

 

다이오드 고장으로 개방 되었다면, 가로로 일자로 되는 커브가 보일 것이다.

 

 

 

 

 

다이오드 고장으로 역방향 항복 전압 이하에서 누설되는 증상이 커진다면, 밑의 그림의 빨간선과 같이 역방향 항복전압 이하에서 누설전류가 많이 흐르는 것을 확인할 수 있을 것이다.

 

 

 

 

※ 해당 AICT의 V-I Tester는 ±25V까지의 특성곡선을 확인할 수 있는 장비이다. 예를 들어, 1N4007 다이오드의 경우, ±25V까지는 부품의 특성곡선을 측정한다고 하여도, 부품의 이상이 없지만, -1000V인 역방향 전압을 가지는 다이오드인 1N4007을 시험하기 위해서는 고가의 고전압 커브트레이서가 필요하며, 시험은 역방향전압을 시험하게되면서 다이오드가 파괴되는 파괴검사로 진행되기 때문에 부품을 대량 생산 및 구매시 샘플검사로만 진행된다.

 

 

 

 

원본 출처: m.blog.naver.com/haneham/221262632249