ダイオードの整流作用とは?(電気の基礎知識)

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半導体とは?P型、N型半導体の仕組み(電気の基礎知識)でP型半導体とN型半導体の仕組みについてお話ししました。

それでは、
この二つを接合させたダイオードはどのような仕組みで電気を流すのか?

ダイオードの整流作用とはなにか?

についてご説明していきます。

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順方向電圧



P型半導体とN型半導体を接合させたダイオードの
図を簡単に作ってみました。


ダイオード

左側がP型半導体で右側がN型半導体です。

P型半導体のホールは点線で、
N型半導体の自由電子は青い〇で表しています。

真ん中の線はこの二つの境界線として目印をつけていますが、
実際には、
この線の部分には<空乏層>といってN型の余っている自由電子が
P型のホールに収まって安定した状態の層になっています。

新品のものはこの空乏層が薄いので電子の受け渡しになんら支障はないのですが、
劣化してくるとこの空乏層が広がり、
電子の受け渡しが困難になるので電気が流れにくくなります。



それではこのダイオードに、
P型半導体に(+)の電圧が、
N型半導体に(-)の電圧が加わるような順方向電圧について説明していきます。


ダイオード、順方向

このように電圧をかけると、
(+)の電圧がかかる方に電子は吸い寄せられるので
左側のP型半導体のホールに向かってN型半導体の自由電子は移動しようとします。


ダイオード、順方向2

ダイオード、順方向3

すると、
自由電子は(+)側に移動し、
ホールは(-)側に移動します。

これが連続的に起こり順方向電圧の場合はダイオードに電流が流れます。



逆方向電圧




それでは、
P型半導体に(-)の電圧を、
N型半導体に(+)の電圧をかけた場合はどうなるのか?


ダイオード、逆方向

静電気とは?冬場にビリッとくる嫌な現象の仕組み(電気の基礎知識)で静電誘導についてご説明しましたが、
ダイオードに逆方向電圧を加えるとこの静電誘導に似たような現象が起こります。


(+)の電圧にN型の自由電子は引き寄せられ、
(-)の電圧にP型のホールが電子を求めて引き寄せられます。


ダイオード、逆方向2

すると、
それぞれ逆方向に引き寄せられる為、
真ん中の空乏層が広がってしまいます。


ダイオード、逆方向3

つまり、
逆方向電圧の場合にはダイオードには電流が流れません。



このように一方向にしか電流を流さないダイオードの特性を
<整流作用>といいます。

この特性を利用して、
交流電流を直流電流に変換する際に利用されたりします。

部屋の電球にLEDライトを使うと目が疲れてしまうような人がいますが、
LEDもダイオードなので、
交流電源を使っている一般的な家庭では
東日本の50Hzでは1秒間に50回、西日本の60Hzでは60回と
人間に感知できない速度でちらついているためです。
(交流とは電流の向き=(+)と(-)の極性が絶えず変化している電流のことです)



この整流作用は、
電気工事士の試験に出てきますのでしっかりと理解することをお勧めいたします。

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