[부품] 제너 다이오드 (Zener Diode)

[출처] https://www.wikiwand.com/ko/%EC%A0%9C%EB%84%88_%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%98%A4%EB%93%9C

 제너다이오드는 PN 실리콘 다이오드를 약간 수정한 형태의 다이오드로 주로 전압 조절을 위해 사용된다. PN의 도핑 양을 늘여 일반 PN 다이오드에 비해 얇은 접합 층을 가지게 되고 그로 인해 낮은 역항복 전압을 가지고 있다.

 사실 원칙적으로는 제너나 PN이나 다이오드의 구조나 특성은 동일하다. 다만 앞서 설명했듯이 불순물의 농도를 조절하여 전위장벽의 크기를 더 작게 만든 것이 제너이다. 제너는 이로 인해 PN 접합과 달라지는 특성을 보이는데 이 특성이 항복현상이다. (Breakdown)

 특성 곡선을 보면 PN과 동일하지만 항복 전압이 작은 것을 볼 수 있다. 이 항복을 제너항복전압, Zener Effect Breakdown 이라고 한다. 

 Breakdown은 역방향으로 다이오드에 전압이 걸렸을 경우 이 전압까지는 차단을 유지하다가 항복전압(Breakdown Voltage)을 넘어서면 급격히 전류가 흐르게 되는 현상으로 일반적인 PN 접합 다이오드는 이 값이 큰 편이며 이 전압을 넘기면 전류가 흐르게 되면서 다이오드가 파괴될 수도 있다.

 하지만.....제너항복은 이와 다르게 항복전압이 낮고 이 항복전압에서 전류가 급격히 흐르는 것은 동일하지만 그 정도가 일반적인 PN에 비해 점진적으로 일어나게 된다. 물론 제너 항복이 일어난 상태에서 더욱더 역방향 전압을 높이면 제너 다이오드 또한 일반 다이오드와 동일하게 에벌런치 항복으로 파괴될 수 있다.

 여튼 이러한 효과를 이용하여 전압을 조절하는 것이 바로 제너다이오드의 역할이다. 

 뭐 이래저래 자질 구레한 설명이 있지만 간단히 대표적인 역할을 설명하자면 위와 같은 회로이다. 보면 12V가 Rs를 통해 RL에 가해지는 회로인데 여기에 제너를 역방향으로 붙여놓았다. 이 제너는 5V에서 제너항복이 일어나는 다이오드이다. 실전에서는 여러가지를 따져봐야 하지만 개념적으로는 저 다이오드로 인해 Vout은 5V가 나오게 된다.

 이유는 제너로 인해 제너전압에서 제너 항복이 일어나면서 Iz가 생기고 이 Iz에 의해 전압이 강하가 되어 결과적으로 제너 전압으로 전압이 맞추어지는 것이다. 이로서 매우 간단하게 제너 다이오드를 이용하여 원하는 전압으로 정전압을 만들 수 있다. 사실 이 방법이 간단하게 만들어지기는 하나 제너가 전류를 흘려줘야하기 때문에 RL에 많은 전류를 흘리게 하려면 Iz도 증가하게 되고 제너의 용량도 늘어나고 Iz가 늘어남으로서 발생하는 열도 대처해야 하므로 실제 상황에서는 그렇게 심플하지만은 않다.

 같은 특징으로 위와 같이 클리핑도 할 수 있다. 동작은 앞과 동일하다. 순방향일 경우는 다이오드의 일반 특성에 따라 순방향 전압 강하가 일어나고 역방향일 경우는 제너 항복 전압으로 클리핑 된다.