[다이오드] 다이오드의 전압, 전류 특성과 다이오드의 극성 판별법 및 포토다이오드, 발광다이오드(LED), 제너다이오드, 터널다이오드(에사키다이오드)에 관한 심층 분석

1. 다이오드의 기본 특성: 전압과 전류 관계

다이오드의 기본 특성은 전압과 전류의 관계에 의해 결정되며, 이는 다이오드가 일방향 전도성 소자로서의 역할을 수행하는 핵심적인 특성이다. 일반적인 실리콘 다이오드의 정격 전압은 약 0.7V로, 이 전압 이상이 되면 전류가 급격히 증가하는 특성을 보인다. 이는 ‘역방향 포화 전압’으로 알려져 있는데, 역방향 전압이 이 값에 도달하면 다이오드는 거의 전류를 차단하며, 역방향에서의 전류는 매우 미미하거나 거의 0에 가까운 수준이다. 반면 포워드 바이어스 상태에서는 전압이 증가할수록 전류 역시 거의 지수함수적으로 증가하는데, 구체적으로 정격 포워드 전압 0.7V에서 약 10mA의 전류를 흘리며, 0.8V에서 20mA, 0.9V에서 50mA로 빠르게 증가하는 경향을 보인다. 다이오드의 전류-전압 특성은 포화 상태에 접근할수록 지수적 증가를 나타내며, 이는 Shockley 방정식으로 수학적으로 표현할 수 있다. Shockley 방정식은 I = I_s (exp(qV / nkT) - 1)로 나타내며, 여기서 I는 다이오드 전류, I_s는 포쇄전류, q는 전자의 기본 전하량, V는 다이오드 양단 전압, n은 이상 계수, k는 볼츠만 상수, T는 절대온도를 의…