모든 구성 요소 중에서(적어도 제 생각에는) 다이오드가 가장 미래지향적으로 들립니다. 다이오드의 일부(음극과 양극)조차도 공상과학 소설에서 직접 나온 것처럼 들립니다. 그러나 다이오드의 모든 영광을 경험하려면 타임머신이 필요하지 않습니다. 지금까지 살펴본 다른 모든 구성 요소와 마찬가지로 다이오드는 어디에나 있습니다. 다만 대부분과 달리 다이오드는 항상 보입니다. 아직 모르고 계셨다면, LED는 발광 다이오드를 의미합니다. LED 디스플레이를 볼 때마다 다이오드가 작동하는 것을 보고 있는 것입니다. 모든 다이오드가 켜지는 것은 아니지만 모두 대략 같은 방식으로 작동합니다. 잠시 시간을 내어 다이오드가 실제로 무엇인지 알아보겠습니다.
1단계: 다이오드란 무엇인가?
다이오드는 전기가 한 방향으로만 흐르도록 하고 반대 방향으로는 흐르지 않도록 하는 전자 부품입니다.
지금까지 살펴본 다른 전기 부품과 달리, 회로 내의 전압이나 전류에 영향을 미치는 것이 주된 역할인 다이오드의 주된 역할은 전기를 전달하는 것입니다. 이는 전기 신호가 회로 내에서 원치 않거나 예상치 못한 경로를 거치는 것을 방지하는 데
매우
유용합니다 .
전해 콘덴서처럼 모든 다이오드는 분극되어 있습니다. 즉, 애노드(양극)와 캐소드(음극)가 있습니다. 캐소드 주변에 작은 선이 그려져 있기 때문에 차이점을 알 수 있습니다.
도식에서 다이오드는 벽을 가리키는 화살표처럼 보입니다. 이를 생각해 볼 수 있는 좋은 방법은 양전압이 화살표 방향으로 흐를 수 있지만 벽이 반대 방향으로 흐르는 것을 막는다는 것입니다.
2단계: 다이오드 작동 방식
다이오드는 P형 실리콘과 N형 실리콘으로 만들어진 PN 접합으로 구성되며, 고갈 영역으로 분리됩니다. 고갈 영역은 절연체처럼 작용합니다. 간단히 말해서, P 영역은 애노드에 연결되고 N 영역은 캐소드에 연결됩니다. 고갈 영역은 두 영역 사이에 있습니다.
P-영역이 접지에 연결되고 N-영역이 양전압에 연결되면 고갈 영역은 실제로 줄어들지 않고 크기가 커집니다. 이렇게 하면 전원과 접지 사이의 다이오드를 통해 전기가 거의 흐르지 않습니다. 이 구성에서 다이오드는 역방향 바이어스라고 합니다.
P 영역에 양전압을 인가하고 N 영역이 접지에 연결되면 고갈 영역은 거의 사라지고 전기가 흐를 수 있습니다. 이 상태에서 다이오드는 순방향 바이어스라고 합니다.
고갈 영역을 극복하기 위해서는 약간의 전압을 희생해야 합니다. 이것을 전압 강하라고 합니다. 표준 실리콘 다이오드에서 이는 일반적으로 0.7V입니다. 즉
, 5V 신호가 있고 0.7V 강하가 있는 다이오드를 통과하면
다른 쪽 끝에서 나오는 전압은 4.3V가 됩니다. 다이오드 유형에 따라 이 값 위나 아래로 변동할 수 있습니다.
다이오드 3개를 직렬로 연결 하면
각 다이오드를 통해 0.7V가 손실되고
이 체인의 가장 먼 끝의 전압은 2.9V가 됩니다. 이는
상당한 손실로 이어지며 다이오드를 아껴서 사용해야 하는 이유입니다.
다이오드는 고갈 영역을 통과하기 위해 전압의 형태로 통행료를 부과하지만 실제 저항은 제공하지 않습니다. 부하 없이 회로에 다이오드만 넣고 전기를 소모하면 사실상 단락 회로처럼 보이고 전원 공급 장치가 제공할 수 있는 만큼의 전류를 소모합니다. 이는 다이오드의 최대 전류 정격보다 높을 가능성이 높으므로 다이오드의 마법 연기가 방출됩니다.
3단계: 다이오드 해독
다이오드를 읽는 것에 대해 알아야 할 것은 많지 않습니다. 일반적으로 다이오드의 이름은 바로 그 위에 인쇄되어 있습니다. 이름은 부품 번호이며, 구성 요소의 실제 값과는 아무런 관련이 없습니다.
때로는 이름이 본문에 가로로 인쇄되어 있어서 읽기가 매우 쉽습니다.
때로는 원주 모양으로 인쇄되어 있어서 읽기가 매우 불편한 경우가 있습니다. 특히 크기가 작은 편이기 때문입니다.
4단계: 특수 다이오드
다이오드는 대체로 같은 일을 하지만, 특수한 기능을 수행하는 다이오드도 있습니다.
쇼트키 다이오드는 표준 신호 다이오드와 매우 유사하지만 매우 낮은 순방향 전압(최소 0.2V)과 매우 빠른 스위칭 동작을 가지고 있습니다. 다이오드가 매우 빠르게 작동해야 하거나 최소한의 전압 손실이 필요한 응용 분야에 적합합니다.
제너 다이오드는 일반 다이오드처럼 작동합니다. 그러나 역방향 바이어스 제너 다이오드에 정말 큰 전압을 인가하면 적절하게 명명된 제너 효과가 작동하여 일정량의 전기가 다이오드를 통해 '잘못된 방향'으로 흐를 수 있습니다. 이로 인해 이 다이오드는 저전류 애플리케이션에서 원시 전압 레귤레이터로 유용합니다.
마지막으로, 다른 다이오드보다 훨씬 뛰어난 다이오드는 LED입니다.
5단계: LED
LED는 발광 다이오드의 약자입니다. 이 과정에서 접하게 될 모든 전자 부품 중에서 LED가 가장 큰 화제를 모읍니다. 전자 부품의 슈퍼스타입니다. 다른 부품보다 더 밝게 빛난다고 할 수 있습니다.
LED는 순방향 바이어스되고 전기가 흐를 때 광자를 방출하는 다이오드입니다. 광자는 단순히 빛 입자이며, 그것이 빛을 내는 것입니다.
LED 내부를 매우 주의 깊게 살펴보면 작은 그릇 중앙에 얇은 와이어가 붙어 있는 것을 볼 수 있습니다. 와이어는 애노드와 캐소드를 반사 그릇 바닥에 있는 반도체 다이에 연결합니다. 전류가 애노드에서 캐소드로 흐르면 반도체 재료가 광자를 방출하고 그릇에서 반사되며 캡의 플라스틱 재료에 의해 더욱 증폭됩니다.
일반적으로 표준 5mm LED의 양극과 음극을 구분하는 방법은 세 가지가 있습니다.
1) 일반적으로 양극에 연결된 다리가 음극에 연결된 다리보다 깁니다.
2) LED 본체는 일반적으로 음극 쪽에 평평한 부분이 있습니다.
3) LED 내부를 살펴보면 양극 리드에 연결된 작은 금속 조각이 음극보다 훨씬 작습니다.
6단계: 전류 제한 저항기
LED는 회로에 저항을 제공하지 않으므로 일반적으로 LED와 직렬로 전류 제한 저항이 필요합니다.
이렇게 하면 LED가 단락되는 것을 막을 수 있고, 충분한 전류가 인가되면 문자 그대로 폭발하는 것을 막을 수 있습니다.
일반적으로 470옴 저항기는 거의 모든 저전력 LED를 보호하기에 충분합니다.
하지만 밝기를 최대화하기 위한 적절한 저항을 계산하고 싶다면 이 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다. 더 간단하게는 온라인에서 "LED 저항 계산기"를 검색할 수 있습니다.
예를 들어, 3V 순방향 전압, 20mA 작동 전류, 9V 소스가 있는 이 LED가 주어지면 적절한 저항은 300옴이라고 계산할 수 있습니다. 그러나 이는 절대 최소 저항이며 저항은 허용 범위가 있는 경향이 있으므로 안전을 위해 값을 약간 높이는 것이 가장 좋습니다. 그러면 330옴 저항이 작업을 수행해야 한다고 말하는 것이 안전합니다. 그러나 저항이 클수록 LED가 어두워지기 때문에 너무 많이 높이지 않아야 합니다.
7단계: LED 보난자
현재 LED의 종류와 폼 팩터가 너무 많아서 모두 따라잡기가 힘듭니다.
LED는 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 5mm 돔형이 가장 일반적이지만 3mm 돔형, 10mm 돔형, 직사각형, 타원형, 정사각형(몇 가지를 예로 들면)도 찾을 수 있습니다.
LED는 또한 여러 가지 색상으로 제공됩니다. 종종 플라스틱은 어떤 색상인지 나타내기 위해 착색됩니다. 그러나 투명 LED는 흰색으로 빛난다고 생각할 수 있지만 실제로는 다양한 색상으로 빛날 수 있다는 점에서 속입니다.
LED는 일반적으로 MCD(밀리칸델라)로 측정되는 다양한 밝기 수준을 가지고 있습니다. 1,000밀리칸델라는 양초 1개의 밝기와 같습니다. 따라서 위 그림과 같이 강도가 6,000mcd인 LED는 양초 6개의 밝기와 같습니다. 루멘(또 다른 광 측정 단위) 또는 와트로 측정되는 매우 밝은 고출력 LED를 보는 것도 드문 일이 아닙니다.
LED는 시야각 또는 빔 폭이 다릅니다. 즉, LED를 이상적인 시야각 밖의 지점에서 볼 때 LED의 가시광선 밝기가 감소하는 것처럼 보입니다. 이 각도는 또한 LED가 생성하는 스포트라이트의 크기를 결정합니다. LED의 시야각은 매우 다양할 수 있습니다.
LED는 또한 서로 다른 양의 전력을 소모합니다. 사실, 일부 고전력 LED는 너무 많은 전력을 소모하여 열을 발산하기 위해 금속 방열판에 장착됩니다. 이러한 LED는 일반적으로 매우 밝지만, 때로는 이를 구동하기 위해 특수 회로가 필요합니다.
LED는 디스플레이 모듈로 그룹화될 수 있습니다. 이러한 LED 도트, 바 및 7세그먼트 숫자 디스플레이를 사용하면 각 개별 조명 세그먼트가 개별 LED입니다. 예를 들어, 왼쪽의 8X8 매트릭스에는 실제로 64개의 개별 LED가 있습니다.
LED는 또한 유연한 스트립으로 포장됩니다. 이 스트립은 흰색, 단색 및 멀티 컬러로 제조되어 가시광선 스펙트럼의 모든 색상을 생성할 수 있습니다. 또한 멀티 컬러 스트립은 단색 또는 각 LED가 다른 색상이 될 수 있는 프로그래밍 가능한 어레이로 제공됩니다. 프로그래밍 가능한 LED 스트립을 제어하는 방법을 배우는 것은 이 수업의 범위를 벗어나지만 Arduino와 같은 마이크로컨트롤러를 사용하는 방법을 배우기로 결정했다면 할 수 있는 일입니다.