ダイオードとは?仕組みをわかりやすく解説

ダイオードとは簡単に言えば電流を一方向にしか流さない物質です。

電気の回路を作るうえで、電流を片方向にしか流したくないケースがあります。そんな時に使われます。

またLEDは「light emitting diode」の略で発光ダイオードの意味です。この様に身近な場所でもダイオードは使用されています。

ダイオードの構造

ダイオードは図1の様に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。

異なる種類の半導体をくっつけることを接合といいます。

つまりダイオードはP型半導体とN型半導体を接合したものと言えます。

図1

(ちなみに半導体についてはこちらの記事で解説しています。)

なぜ電流が一方向にしか流れないのか?

ではなぜダイオードは一方向にしか電流を流さないのかを解説します。

まず電流が流れない方向に電流を流そうとしたケースを考えてみます。

ダイオードに下の図のように直流電圧をかけます。すると電子はマイナスなので、図2の様に電源のプラス側に引き寄せられます。

図2

すると図3の様に、N型半導体の部分では電子が左側によります。またP型半導体の部分でも電子がプラス側に移動します。そのため正孔が右側に偏ります。

つまりダイオードの左側はマイナスを帯びて、右側はプラスを帯びることになります。

そしてダイオードの真ん中は電気的にプラスマイナスが中立の場所になります。このプラスマイナスが中立で電子の動きが生じない部分を空乏層と言います。

図3

電子の移動がないということは、電流が流れないということです。そのため空乏層では電流が流れません。

以上からダイオード電流が流れないケースとは、ダイオードのN型半導体側にプラスの電圧をかけた場合であることが分かります。

この電圧は逆方向電圧ともいいます。

ダイオードに電流が流れるケース

反対にダイオードのP型半導体側にプラスの電圧をかけた場合は電流が流れます。この原理を解説します。

先ほどとプラスマイナスを逆にして、ダイオードのP型半導体側に直流電圧をかけます。すると図4の様に電子はプラスの電圧をかけた方へ吸い寄せられます。吸い寄せられた先はP型半導体です。

図4


P型半導体には正孔が多くあるので、ここを目掛けて電子が飛び込んでいきます。

図5

そして図5の様に飛び込んだ電子が、既にある電子を押し出していきます。更に押し出された電子はプラスの電源に吸い寄せられます。

そして電源を通って、またN型半導体の方へ入り、プラスの電源の方へ吸い寄せられる。これを繰り返すので、電流が流れることになります。

ちなみにダイオードへ電流が流れる方向にかから電圧は順方向電圧といいます。

LED(発光ダイオード)

冒頭でLEDもダイオードであるといいました。ダイオードにも様々な種類があって、LEDは電流が流れると光るダイオードです。

ダイオードですので流れる電流は直流電流です。しかし家庭コンセントや電源は交流ですので、そのままではLEDは光りません。

そのため家庭で使われるLED照明器具には整流器と呼ばれる、交流を直流に変換する装置が一体となっていることが多いです。

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