電験3種 各科目の解説
ダイオードの構造と一方向しか電流を流さない理由を直感的に解説
ダイオードは電気回路を構成する素子の一つです。身近ではLED照明は発光ダイオードと呼ばれる、光るダイオードが使用されています。
ダイオードの性質は、一方向しか電流を流さないことです。
本ページでは以下2点について直感的に分かりやすく解説します。
- ダイオードの構造
- ダイオードが一方向しか電流を流さない理由
目次
ダイオードの構造
ダイオードはP型半導体とN型半導体がくっついた構造
ダイオードは図1のようにP型半導体と、N型半導体がくっついた構造をしています。
詳しくは後述しますが、ダイオードは一方向しか電流を流さないのでプラスマイナス(極性)があります。プラス側をアノード、マイナス側をカソードといいます。
P型半導体とN型半導体とは？
ちなみにP型半導体は正孔の数が多い半導体で、N型半導体は電子の数が多い半導体のことです。
P型半導体とN型半導体については↓の記事で詳しく解説しています。
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ダイオードが一方向しか電流を流さない理由
続いてダイオードが一方向しか電流を流さない理由を解説します。
ダイオードはプラス(アノード)側からマイナス(カソード)側には電流を流しますが、反対には流れません。この理由を電流が流れるケース、流れないケースそれぞれ解説します。
電流が流れるケース
ダイオードのプラス側にプラスの電圧をかけた場合、電流が流れます。このときの回路が図2です。
電圧がかかると図3のように、N型半導体の自由電子がプラス側に引き寄せられます。(自由電子は正孔に入っていない電子のこと)
また正孔は電子を引き寄せる働きがあるます。そのため電圧のプラスに引き寄せられた電子は正孔にも引き寄せられるため、図4のようにP型とN型の接続部を飛び越えて移動していきます。
この電子の移動が電流の流れですので、このケースでは電流が流れることになります。
電流が流れないケース
反対に電流が流れないケースを考えてみましょう。
ダイオードのマイナス(カソード)側にプラスの電圧をかけた場合は電流が流れません。この時の回路は図5になります。
N型半導体内の自由電子は電圧のプラスに引き寄せられます。またP型半導体内の数少ない電子も電圧のプラス側に引き寄せられます。
するとダイオードの真ん中部分は図6のように正孔と電子が同じ数になります。このエリアのことを空乏層と呼びます。
空乏層では電子が安定な状態になります。安定とはつまり移動が起きないということです。
よって電子はP型とN型の接続部を飛び越えていきません。つまり電流が流れないということです。
おわりに
本サイトでは電気に関してこのような初学者でも分かりやすい解説を行っています。
もしこれを解説してほしい！という要望や質問がありましたらお問い合わせかXのDMでご連絡いただければと思います。
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