# ダイオード **URL:** \ **Category:** 電子部品技術の深層\ **Created:** [January 6, 2025, 7:12am UTC](https://forum.digikey.com/t/topic/47712 "2025-01-06T07:12:50Z")\ **Posts on this page:** 1\ **Page:** 1
**Author:** ![Tsuneharu\_Fuji](https://avatars.discourse-cdn.com/v4/letter/t/54ee81/32.png) [@Tsuneharu\_Fuji](https://forum.digikey.com/u/Tsuneharu_Fuji)\ **Post date:** [January 6, 2025, 7:12am UTC](https://forum.digikey.com/t/topic/47712/1 "2025-01-06T07:12:50Z")
「ダイオード」という用語は、さまざまな機能を持つ多数の2端子デバイスに用いられます。通常、それ自体では整流器として機能するデバイスを意味しますが、それ以上の意味はほとんど示されません。しかし、修飾語句を追加することで、整流ダイオードの特定のサブセット、または電圧クランプや電圧制御、温度測定、光検出、光放射、周波数制御、ノイズ生成、その他の機能など、まったく異なる機能を持つデバイスを指すことになります。または、これらの他の機能の特殊なサブセットを指す場合もあります。これらすべてを把握するのは容易ではありません。このセクションの目的は、ダイオードの概要と、より詳細な情報を提供するリソースへの道順を示すことです。 # 一般的なダイオードの特性と評価基準 ## 逆電圧 ダイオードの逆電圧定格は、 **オフ状態電圧** とも呼ばれ、 **降伏** を起こすことなく、逆バイアス方向にデバイスに印加できる最大電圧を表します。降伏すると、逆電流が急激に増加することで、デバイス内の電力消費が大きくなり、急激な温度上昇を引き起こし、逆電流が外部から制限されない場合、通常はダイオードの破壊につながります。逆方向降伏条件下での電流の流れが、デバイスの活性領域の物理的な広がりに集中または分散する程度は、デバイスのタイプや製造方法によって異なり、その結果、降伏モードでの動作に対するデバイスの堅牢度はさまざまです。[一部のダイオード](https://forum.digikey.com/t/topic/35869)は、この動作モードで使用するために特別に設計されています。 メーカーの定格が適用される条件や 評価基準は大きく異なる場合があります。あるデバイスの数値は、想定される動作条件下での安全な動作限界を伝えることを意図している場合があります。例えば、デバイスの温度が上昇した場合や、故障が予想される時点までの安全マージンを考慮した場合などです。一方、別のデバイスの定格は、理想的な条件下での最大性能値を反映している場合があり、ユーザーは、その値をそれぞれの条件に合わせて適切にディレーティングすることが期待されています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/575e10608726a2953bcdd255279cb177aa493f98.jpeg) ## 順方向電流 ダイオードの順方向バイアス動作における電流容量は無制限ではなく、その限界を規定するいくつかの方法があります。より一般的なものの1つに **平均整流電流** 定格があり、これはその名の通り、デバイスを流れる電流を時間平均した最大許容値を指します。これは熱に関する考慮から生じる制限であり、提示された値には、定格値そのものに劣らない重要性を持つ熱に関連する条件や評価基準が付随します。また、ほとんどの場合、このような定格は熱平衡が達成された定常状態の動作モードを記述しています。 順方向電流制限を規定する別の方法として、短時間における最大許容順方向電流値を示す **ピーク値** があります。この種の特性に付随する評価基準には、通常、波形および/または持続時間、および評価が反復的な条件（例えば、交流波形の半周期ごとに1回）に適用されるか、または1回限りの事象に適用されるかが含まれます。これも熱に由来する制限であることが多いですが、急速に変化する条件下でのデバイスの動作を説明するもので、周囲への熱伝達が短時間であるため無視できるほど小さいです。これは、平均整流電流定格によって説明される熱平衡条件の制限を補完するシナリオです。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/511d325cd51378d2431de412d9ff66bccdc5c6ee.jpeg) ## 順方向電圧 ダイオードは損失のないデバイスではありません。順方向に電流を流すと、ダイオードの端子間に電圧降下が多少発生します。これをデバイスの **順方向電圧** と呼び、Vfと略します。任意のデバイスにおける測定値は、デバイスの温度と測定時に印加される順方向電流（If）の量によって大幅に変動します。デバイスの定格最大値に近づくまでは、まずまずの近似値としてVfはIfの対数と線形関係にあり、温度によってほぼ一定の係数に従って変化します。 あるデバイスの定格と順方向電流に対して、異なる種類のダイオードは異なる順方向電圧を示します。導通損失の観点からは、Vfを最小化することが望ましいですが、実際のデバイスでは、Vf特性の改善はリーク電流特性などの悪化を伴うことが多いです。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/a/a95b877dd76ba87d5f4037368ca42660c0076795.jpeg) ## リーク電流 逆方向[降伏](https://forum.digikey.com/t/tvs-vrwm-vbr/34511)を起こすほどではないが、ある程度の逆バイアス下でダイオードを流れる電流は、 **リーク電流** と呼ばれます。あるデバイスにおけるリーク電流は通常、温度と印加される逆バイアス電圧の量とともに増加し、デバイスの種類によって桁違いに異なります。通常、順方向電圧との技術的なトレードオフとなります。 リーク電流に起因するデバイスでの電力損失は、特に比較的高い逆電圧定格を持つ高リーク電流タイプの場合、無視できない場合があります。このようなデバイスは、熱暴走状態に陥りやすく、リークによりデバイスが加熱され、さらにリーク、さらなる加熱、さらなるリークなどが起こり、時には最終的に故障に至ります。大まかな目安としては、温度が10°C上昇するごとにリーク電流が2倍になると予想されます。リーク特性が25°Cのデバイス温度で提供される場合（25°C表記は一般的です）、デバイス温度が定格最大値に近づくにつれて、測定値が約1,000 倍高くなることを覚悟しておく必要があります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/fa9b2d5e18f3114107c1f2918e59e3237fcdf3cf.jpeg) ## 静電容量 ダイオードが逆バイアスされると、接合部の両側の領域がコンデンサの電極のように作用します。接合領域の厚さは物理的に非常に薄いため、結果として生じる静電容量の大きさは相当な値となり得ます。また、その実効的な厚さは印加される逆方向電圧の大きさに応じて変化するため、静電容量は電圧依存性でもあります。この現象は一般的に[電圧制御容量](https://forum.digikey.com/t/topic/35867)として利用され、RF用途でよく使用されていますが、他の用途では、問題を引き起こすまで見落としがちな、単なる隠れた寄生要素にすぎません。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/c/c8dc704c1bd4d43ac4f6ce16a260154da47cfc89.jpeg) ## 逆回復（リカバリ）特性 ダイオードは、その構造によって程度の差はありますが、顕著な逆回復現象を示し、順方向バイアス状態から逆方向バイアス状態に移行する過程で、定常状態のリークによって規定されるよりもかなり高いレベルで、逆方向の電流がデバイスを通して短時間流れます。影響を受けるデバイスは、この回復期間の時間的長さに基づいて分類または説明されることが多く、例えば「ファストリカバリ」や「ウルトラファストリカバリ」などです。さらに、回復プロセス中のデバイスを通る電流波形の特性形状によっても分類され、例えば「ソフトリカバリ」があります。 ダイオードの逆回復特性が重要な理由はいろいろあります。最も基本的なレベルでは、特定のデバイスが有効に整流できる最大信号周波数を制限し、整流プロセスの効率に影響を与えます。さらに緻密なレベルでは、ダイオードの逆回復特性が回路で発生するピーク電圧ストレスやスイッチングプロセスで発生するノイズの量に強く影響します。 後者の影響は、ダイオードを通る逆方向電流により、接続されたインダクタンスにエネルギーが蓄積されるために発生します。そのインダクタンスは、何らかの理由で設置されたものであれ、物理的に避けられない結果として存在する寄生インダクタンスであれ、同じです。逆回復電流が「誤った」方向に流れるため、その結果蓄積されたエネルギーは、一般的に望ましくないもの、例えばデバイスのストレスの増加や不要なノイズ放射などに消費されてしまいます。逆回復時間が長くなると、この望ましくないエネルギー貯蔵が増加します。また、逆回復が突然終了すると、徐々に終了する場合よりも、コンポーネントのストレスやノイズの発生が大きくなります。 下図は、51オームの抵抗器と直列に接続された1N4002Tダイオードに±2Vパルスを印加した際の電圧（黄色）と電流（青色）の波形を示しており、逆回復プロセスを示しています。回復時の逆方向電流はほぼ3分の1マイクロ秒続き、ピーク振幅は流れていた順方向電流のおよそ2倍です。 ダイオードの基礎知識や特に逆回復現象の詳細については、[こちらの参考資料](https://forum.digikey.com/search?q=%E3%83%80%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%89%20%23japanese%3Apedia)をご覧ください。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/f5e469eb8177e5ad8b65ca1f8e9e7d44069c367c.jpeg) # 整流ダイオード ダイオードの古典的で最も一般的な用途は整流で、電気的には一方向弁に相当します。「ダイオード」と「整流器」という用語は、しばしば同義語として使用されますが、一般的には、「整流器」という用語はより大きな電流を処理するように設計されたデバイスに使用され、「ダイオード」という用語は低電流、小信号の用途に設計されたデバイスに使用されています。 ## 標準ダイオード 単純なP-N接合に基づく整流ダイオードは **標準ダイオード** として知られています。少数キャリアデバイスであるため、それらはかなりの逆回復特性を示し、順方向電圧特性は一般的な整流タイプの中でも最高レベルです。良い点としては、標準ダイオードは、他の整流器タイプと比較してリーク電流と接合容量が大幅に低い傾向があり、また逆方向電圧定格は、他の多くのタイプがせいぜい数百ボルトに制限されているのに対し、数キロボルトの範囲まで利用可能です。これらの特性の組み合わせにより、印加電圧が高くなるほど、Vfの高さが重要ではなくなり、リーク電流が少ないことの利点が大きくなるため、標準ダイオードはより好ましいものとなります。 多くの標準ダイオードは、「ガラスで封止されて」いると説明されています。これは、P-N接合のエッジを気密封止ガラスで保護するプロセスを指し、リーク、逆回復、および逆方向電圧耐性などのデバイス動作の安定性と一貫性を向上させるのに役立ちます。 ## ショットキーダイオード ショットキーダイオードは、異なるドープの半導体領域の接合ではなく、金属と半導体の接合を使用しており、標準的なタイプとは異なる整流ダイオードです。この違いの実際の効果は、ショットキーダイオードが一般的に[順方向電圧](https://forum.digikey.com/t/topic/9670)特性が低く、[逆回復時間](https://forum.digikey.com/t/topic/7214)がほぼゼロであることです。 標準ダイオードに比べ、リーク電流が大きく、電気的堅牢性と長期信頼性が低く、使用可能なデバイスの最大動作電圧の上限が低いという欠点があります。これらの脆弱性を緩和する一般的な手法として知られる「ガードリング」は、ショットキーデバイスに並列に寄生P-N接合ダイオードを生成します。強力な順方向駆動電流によりこの接合部が順方向にバイアスされると、他の標準的なダイオードと同様に逆方向回復現象を示し、デバイスの全体的な逆回復性能が低下します。 一般的なシリコンベースのショットキーダイオードは、執筆時点では、主に100ボルト以下の電圧で使用されています。より高い定格のデバイスが利用可能であり、技術の進歩に伴って基準は変化する可能性がありますが、ショットキー デバイスは、その低Vf/高リーク特性により、印加電圧が増加すると不利になります。 最後に、ショットキーダイオードは、音声的には似ていますが現在では生産中止されている電圧制御スイッチとして使用されていた初期のデバイスであるショックレーダイオードと混同しないでください。 ショットキーダイオードの特性およびアプリケーションでの考慮事項の詳細については[こちらの参考資料](https://forum.digikey.com/t/topic/9670)をご覧ください。 ## FERD®（電界効果整流ダイオード） FRED（Fast Recovery Epitaxial Diode、高速[逆回復時間](https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Diodes#)用に設計された標準的なダイオード）と混同しないでください。FERD®ダイオードはST Microelectronicsが独自に提供する製品で、同等のショットキーダイオードの改良版として販売されており、同等のリーク電流とゼロ回復ターンオフ特性を備えながら、より低い順方向電圧を実現しています。注目すべきは、ショットキーダイオードのVf対If特性は、ショットキーダイオードの典型的な特性よりもIfに対しVfが急激に上昇する傾向があることです。その結果、低～中程度の順方向電流では、FERDは同等のショットキーダイオードよりも低いVfを示す傾向がありますが、順方向電流がデバイスの定格最大値に近づくと、状況が逆転する可能性があります。 ## Super Barrier® （スーパーバリアダイオード） もう1つの独自商標（これはDiodes Inc.のもの）スーパーバリア整流器（SBR®、super barrier rectifier）も、ショットキーダイオード技術の改良品として販売されており、前述のFERD®ダイオードと同様の特性を持ち、それらより数年早く登場しました。数人の著名人がそれぞれのメーカーに在職中に両方の開発に携わっていたようです。この 2 つは、ショットキー ダイオードの順方向伝導損失特性を改善するように設計された機能的に類似したファミリであると考えられますが、それに伴う欠点として、高いリーク電流と限られた逆方向電圧能力があります。 ## シリコンカーバイド シリコンカーバイド（SiC）はシリコンに類似した半導体基材であり、 **ワイドバンドギャップ半導体** として知られる数多くの新素材の1つです。主にSiCの場合、より高い動作電圧と動作温度を可能にするという点において、シリコンベースのデバイスと比較して性能向上の可能性が期待されています。執筆時点で入手可能なSiC整流器のほとんどは、「金属-半導体ショットキー接合」設計コンセプトに基づいており、逆方向電圧定格は600V以上です。この傾向の要因として考えられるのは、標準的なタイプと比較してSiCショットキーデバイスの順方向電圧が約50～100%高いという特性です。この特性は、印加電圧が高くなるにつれて相対的に重要度が低くなります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/1/1d8d89ecfa419c77231335aa35806cf81df7d2d1.jpeg) **上図：** 執筆時点でDigiKeyから入手可能な整流ダイオードの定格順方向電流対逆方向電圧のグラフ ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/2d76be7b0f96d089edcb313b41e28a7dca43a701.jpeg) **上図：** 公称20A、100V定格の異なる整流ダイオードのサンプルにおける瞬時順方向電圧対電流のグラフ。それぞれのリーク電流特性は、チャートの凡例に示されています。 # 降伏するように設計されたダイオード 整流ダイオードは一般に整流用に最適化されており、ダイオード接合部が破壊され、過渡的または継続的に逆方向の通常のリークを超えて電導を開始するほどの逆電圧ストレスに耐えられるようには設計されていません。整流はダイオードが有する数ある特性の1つに過ぎず、逆方向降伏モードでの動作に耐えられるように特別に設計されたダイオード製品も数多く存在します。 ## アバランシェダイオード Digi-Speakや、他の言い方では、「アバランシェダイオード」（または「アバランシェ制御ダイオード、controlled avalanche diode」）という用語は、他の整流デバイスが耐えられると想定される範囲を超えて、限定的に逆方向降伏に耐えるように設計された標準的なP-N接合[整流ダイオード](https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Diodes#)を指します。アバランシェダイオードとして販売されているデバイスの逆方向電圧定格は、ツェナーダイオードとして販売されているデバイスの定格と比べて比較的高く、約50Vから数kVの範囲です。一方、ツェナーダイオードとして販売されているデバイスは、せいぜい数百ボルトに達する程度です。 「アバランシェダイオード」は整流用ではなく、他の言い方では、ノイズ源として使用されるデバイスと理解されるほど、アバランシェ現象は非常にノイズが多い可能性があることは注目に値します。実際、どちらの場合にも最適化されたデバイスが存在します。執筆時点でDigiKeyから入手可能なものは、整流器での使用を目的としたものである限り、他の整流ダイオードの種類の中にリストされ、そのように特徴付けられています。特筆すべき例外として、アバランシェダイオードにはアバランシェモードエネルギー定格が設定されている可能性が高く、これはデバイスが安全に吸収できる逆降伏エネルギー量を規定するものです。非アバランシェ型では、この限界値は一般的に規定されておらず、ゼロと推定されます。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/f41e02edd2a0cb46b14eb6f3fe4e3e51712ace0f.jpeg) **上図：** [アバランシェダイオードのデータシート](http://www.vishay.com/docs/88962/byg23m.pdf)からの抜粋で、最大アバランシェエネルギー仕様が強調されています。 ## ツェナーダイオード ツェナーダイオードは、整流が可能なP-N接合デバイスの一種ですが、比較的正確な電圧で逆方向降伏に入り、デバイスの温度が許容範囲内に維持される限り、そのような動作に無期限に耐えるように設計されています。この動作により、基準電源や安定化電源アプリケーションで頻繁に使用されています。 用語的には少し分かりにくいのですが、半導体ダイオードの逆導通を引き起こす **ツェナー降伏** と **アバランシェ降伏** と呼ばれる物理現象は、ツェナーダイオードとして販売されているデバイスでは、デバイスの降伏電圧によって程度の差はありますが、どちらも働いています。ツェナー電圧定格が約5～7ボルト以下のデバイスではツェナー降伏が支配的ですが、それ以上ではアバランシェ降伏が顕著で、移行点付近ではミックスアンドマッチ動作が発生します。この違いは、さまざまな逆電圧定格をカバーするツェナーダイオードのデータシートに記載されている逆方向電流対電圧曲線を見るとわかります。低電圧デバイスは曲率が緩やかで傾斜も緩やかですが、高電圧デバイスは比較的鋭い「二ー（knee）」があり、傾斜も急です。 ### ツェナーダイオードの属性 #### ツェナー電圧 デバイスの公称 **ツェナー電圧** は、規定の値のテスト電流をデバイスに逆方向に流した際にデバイスに発生する電圧を規定します。通常、室温で被試験デバイスをパルス条件下で測定します。これは温度に敏感な特性であり、電流が流れることでデバイス内でかなりの電力が消費されるため、実際の観測値は公称値と異なる可能性が高いです。ツェナー電圧の変動は、ツェナー降伏またはアバランシェ降伏のどちらが支配的であるかによって、温度と正または負の相関関係を持つ可能性があります。遷移領域（約5.1V）の降伏電圧を伴うデバイスは、同様の製品シリーズのデバイスの中でも、最も低い温度ドリフト特性を示すことが多くあります。観測値は、熱効果の結果として、また、特定のデバイスの逆方向電圧/電流特性の傾斜により、実際に存在する逆方向電流の量によっても変化します。この変動は、公称ツェナー電圧が約7ボルトを下回ると、より顕著になる傾向があります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/6/6ef3186584d252981679e67592ae30e2c0e007b9.jpeg) **上図：** ツェナーダイオード[BZT52Cシリーズ](https://www.diodes.com/assets/Datasheets/ds18004.pdf)のツェナー電流対電圧グラフ。異なる公称ツェナー電圧値を持つデバイスの特性を示しています。4～7Vの領域で曲線の形状が変化していることに注目してください。 #### 許容誤差 ツェナーダイオードについて一般的に引用される **許容誤差** 値は、材料や製造のばらつきによるデバイス間のツェナー電圧のばらつきを表します。これは、指定された試験条件のみで測定および適用されます。異なる条件では、おそらく表示された範囲外の値が観測されるでしょう。. デバイスのデータシートで試験条件がどのように伝えられているかの例が以下のシートに示されています。温度条件は、25°Cの周囲温度と、25°C付近のデバイスのダイ温度を暗示するパルスベースのテストを示す注釈によって示されています。試験電流条件は、VZ値の列見出しで示されています。これは、表示されている数値が隣接するIZT値で適用可能であることを示しています。この例では「許容誤差」自体は規定されていませんが、公称値からの最小値と最大値の偏差はパーセンテージに変換することができ、そうした変換は業界では一般的に行われています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/d/dfd9b999ab0fa17c5149398739461e382d34eff2.jpeg) #### 電力 - 最大 ツェナーダイオードで規定されている **最大電力** 値は、指定された試験条件下でデバイスに連続的に消費できる最大電力を表しています。これは熱に由来する定格であり、一般的に、指定された実装および周囲温度条件下で、デバイスのダイ温度が許容最大値に達する電力損失量とみなされます。最大温度での動作はデバイスに大きな負担をかける傾向があり、実際のアプリケーションの条件は、記載されている電力定格を導き出す際に使用された条件よりも不利であることが多いため、実際には、最大安全電力損失レベルは記載されている値よりも大幅に低い可能性が高いです。 下図は、データシートでこのことがどのように伝えられているかの例を示しています。デバイスのリード温度が75°Cに維持されるシナリオと、周囲温度が25°Cに維持され、デバイスが文書の別の注釈で指定された通りに実装されるシナリオの2つの最大電力値が実際に示されています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/9/9db5fff9685d21d8153ae0a45e68e378ce6f04c4.jpeg) #### ツェナーインピーダンス **ツェナーインピーダンス** の数値は、デバイスが逆方向降伏領域で動作している際のツェナー電圧と電流の関係を表します。ツェナー電流の増加はツェナー電圧の増加をもたらし、この2つの間の比例係数は、オームの法則のパターンを用いてツェナーインピーダンスとして知られています。メーカーが、ツェナー電圧が規定される公称試験電流値と同じ値の電流と、デバイスの動作曲線の「ニー」付近のより低い電流の2つの試験電流条件におけるツェナーインピーダンスの特性を提供することは一般的です。 この情報がデータシートにどのように表示されるかの例を以下に示します。この情報は表形式とグラフ形式の両方で表示されることが多く、当該のテスト電流に対応するデバイスの動作曲線の傾きがツェナーインピーダンスに相当します。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/2ec22fe412a02cb01129f84c3d40d3944937ade4.jpeg) #### 逆方向リーク電流 ツェナーダイオードにおける **逆方向リーク電流** という概念は、一般的にダイオードのその概念とそれほど違いはありませんが、ツェナーダイオードは一般的に逆方向降伏モードで使用され、大量の「リーク電流」が予想されるため、その関連性はすぐには明らかではないかもしれません。しかし、クランプ型や検出型アプリケーションでは、通常、印加された逆方向電圧がツェナー電圧を超えない場合は、電流をできるだけ流さないことが望ましいです。 測定されたリーク電流がゼロ（逆方向電圧がゼロ）からツェナー電圧における試験電流値まで増加する限りにおいて、リストされたリーク電流値に適用される逆方向電圧条件は、電流測定そのものと殆ど同等の意味を持ちます。定格ツェナー電圧の30%で1マイクロアンペアのリーク電流を発生させるツェナーダイオードは、Vzの80%で同じ1マイクロアンペアのリーク電流を発生させるものよりもはるかに「リーク」が多いことになります。 アバランシェとツェナーダイオードの詳細については、[こちらの参考資料](https://www.digikey.jp/ja/maker/tutorials/2016/zener-diode-basic-operation-and-applications)をご覧ください。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/541f500204a6e341194c63c79f8bd3f09ed1fbb4.jpeg) ## 過渡電圧サプレッサ（TVS）ダイオード TVSダイオードとして販売されているデバイスは、瞬間的な過電圧事象から保護する目的で設計されており、短時間の比較的大きい逆方向電流が流れる場合の動作に適応し、その動作が特徴となっています。それらはいくつかの異なるタイプに分かれています。 - ツェナー/アバランシェ型デバイス（[例](http://www.onsemi.cn/pub/Collateral/ESD9B-D.PDF)）は、電圧クランプとして機能し、過電圧事象に含まれるエネルギーを直接消費します。 - 整流器タイプまたは「ステアリング」デバイス（[例](https://www.infineon.com/dgdl/esd1p0rfseries.pdf?folderId=db3a30431441fb5d01149221c9230fb2&fileId=db3a30431441fb5d01149228afda0fc7)）は、保護対象デバイスまたは回路の周囲の過電圧事象によって誘導された電流を、保護対象回路に関連する電源ネットワークに迂回させるために使用されます。このようなデバイスは、実際には逆方向降伏モードで動作させることを意図したものではありませんが、パルス動作に特徴があり、ツェナーデバイスや複合TVSデバイスと同じ最終目標を追求して使用されるため、最終的にはそれらと並んでグループ化されることになります。逆方向降伏モードの動作に関連するTVSダイオードの特性は、このクラスのデバイスには直接適用できませんが、順方向バイアス動作に基づいて同様の方法で特性化できる可能性があります。 - 複合型/混合型デバイス（[例](https://www.diodes.com/assets/Datasheets/D5V0P4URL6SO.pdf)）は、多くの場合、単一の統合ツェナー型デバイスが複数の独立した回路を保護できるようにするステアリング型デバイスのアレイを含んでいますが、さまざまな状況で利便性や有効性のメリットをもたらす、微妙に異なるさまざまなアーキテクチャも見られます。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/c/c0ac05f18ce93defdacf0aca4337e6d66377a265.jpeg) **上図：** （左から右へ）双方向ツェナー型TVSダイオード、ステアリング型TVSダイオードアレイ、およびマルチチャンネル混合型アレイのデータシートの表示（上記のリンク） ### TVSダイオードの属性 #### 方向性 TVSダイオードデバイスは、その降伏電圧が印加極性に対してそれぞれ非対称か対称かによって、 **一方向性** または **双方向性** として規定することができます。 単一チャンネルのスタンドアロン型デバイスで端子が2つしかない場合は単純ですが、マルチチャンネルの混合型デバイスや、複数の構成が可能なデバイスでは、印加電圧の極性を決定する基準が解釈に委ねられるため、その概念は急速に明確性を失います。 また、双方向と単方向の両方の特性を持つデバイスはほとんどありません。このため、単方向と双方向のチャンネル数に対してパラメトリックフィルタを同時に適用することは避けた方がよいでしょう。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/d/d47991661c539187a5de2cd8eca6eaf37b6e7351.jpeg) ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/9/9d6276b29790c3f78405dbb6377255f12487dc72.png) **上図：** [一方向性TVSダイオード](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/littelfuse-inc/SA5-0A/407714)に正弦波が印加されたときの電圧波形（黄色）と、その結果生じる電流の流れ（緑色）。印加波形の正と負のピークがクリップされる電圧の非対称性に注意してください。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/b/bf135847d88f7829c83302a70867e3ea5397c4e3.jpeg) ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/5526649beab990d49b185a39f7e3a91cd6db3458.png) **上図：** 上記と同じ正弦波を同じTVSダイオードの[双方向バージョン](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/littelfuse-inc/SA5-0CA/407650)に適用。電圧のクリップレベルと電流の流れが対称であることに注意してください。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/1/10d0c496390d07d5ed42e561501c5cfe945e0265.jpeg) #### 逆方向スタンドオフ電圧 通常/連続動作中に、TVS ダイオードに印加される電圧が避けられないリーク電流を超える電流を引き起こすことは、ほとんど望ましくありません。そのため、これらは **過渡** 電圧サプレッサと呼ばれます…TVSダイオードの逆方向スタンドオフ電圧定格は、その領域に入る前に印加できる最大電圧を定めるもので、 **最大動作電圧** または **最大逆方向動作電圧** と呼ばれることもあります。この数値は、デバイスの定格降伏電圧よりも多少低くなります。 概念の表現方法の違いにより、同じ本質的な考えが **最大値** または **最小値** として表現されることがあります。「逆方向スタンドオフ電圧」という表現は、部品自体の特性に焦点を当てていることを意味し、そのような値は最小値として規定される可能性が高いです。これに対して、「最大動作電圧」のような表現は、ユーザーが部品に加えるストレスに焦点を当てていることを意味し、これらの数値はしばしば最大値として規定されます。これらは表裏一体であり、 **「部品の耐ストレス能力の最小値はXである」** という表現は、 **「安全に適用できるストレスの最大値はXである」** という表現の裏返しです。 #### 降伏電圧 予想通り、TVSダイオードの定格降伏電圧は、規定された（少量の）電流以上の電流が流れ始める逆バイアスの大きさを規定します。一般的に、逆方向スタンドオフ電圧の最大値よりも大きい最小値として規定され、この2つの数値の差は、不要な電気伝導を回避するために必要なマージンを提供します。 以下の[データシート](https://www.littelfuse.com/assetdocs/tvs-diodes-sa-datasheet?assetguid=93214550-6aff-4192-8ecd-8094a6f7cc98)抜粋には、上記の説明に対応する下記の波形を生成するために使用されたサンプルTVSダイオードの特性が記載されています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/7/769e52ec2a40c7af0b7382b55e0e8bb62c283d6b.jpeg) ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/20d36ae6d8862aa8a750a5c6462feeed4a9fbaf8.jpeg) #### クランプ電圧 TVSダイオードに規定されているクランプ電圧は、規定のピーク振幅を持つ標準的な試験電流波形が印加された際に、デバイスに現れる最大電圧を規定するものです。これらのピーク電流値は一般的に、デバイスの能力の上限を伝えるためにメーカーによって選択されるため、クランプ電圧は、デバイスがその機能を果たしている限り、デバイスに現れると予想される最大電圧を大まかに表していると理解することができます。クランプ電圧は厳密な数値ではなく、標準化されたテスト波形に基づく特性です。選択肢は複数あり、起こりうるシナリオをモデル化するように設計されていますが、実際には、自然は、人がその特徴を形作ろうとする型に常に従うほど優しくはありません。 以下の波形は、充電された47,000uFのコンデンサがリレーを介して接続されたときの、TVSダイオードSA5.0Aにかかる電圧（黄色）と流れる電流（緑色）を示しています。その結果、TVSを通過する15Aのサージは8V未満にクランプされます。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/f5b2105eb6a845916a054bf7951ebf6a8b349ccf.jpeg) **上図：** 以下の波形を生成するために使用される回路図 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/d/d0716bb7b2998cf9aef8479df7720cb2ea8e2c3a.png) #### 最大パルス電流 TVSダイオードに規定される最大パルス電流は、一般的に二重の意味を持ち、記載されたクランプ電圧が規定される測定条件と、デバイスが損傷を予想することなく抑制できる過渡現象の振幅の上限値の両方を表しています。この数値には必然的に波形の形状と持続時間に関する条件が付いており、一般的には10 x 1000us と 8 x 20us の標準波形が使用されます。 #### 最大パルス電力 TVSダイオードの最大パルス電力は、通常、最大パルス電流と同じ試験波形に基づき、過渡事象中のデバイスの最大許容電力損失を規定したものです。 # 光ダイオード ## 発光ダイオード（LED） 発光ダイオードは、当然のことながら、順方向にバイアスをかけると発光するダイオードです。ミリワット単位の表示用途に適した低電力デバイスは、1970年代頃から市販されていましたが、技術の進歩により、照明や一般照明用途に適した高出力デバイスの開発が可能になり、100ワットの入力電力レベルで動作するデバイスが容易に入手できるようになりました。製品自体のバリエーションや特徴付けの方法の違いにより、いくつかの共通した観点でセグメント化されます。ブロードバンド（白色）対単色対非可視、表示用対照明用デバイス、および製品が扱われる統合レベルによって異なります。パッケージ化された半導体が、より高機能なアセンブリに統合される場合は扱い方が異なります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/c/c8558207f61ed14ea341fbec2e8e8b6e8917b8fb.jpeg) **上図：** （左から右へ）面実装およびスルーホールのインジケータ用LED、照明用LED、およびチップオンボードアレイ（写真は実際の縮尺と異なります） ### LEDの属性 #### 波長、ドミナント波長、ピーク波長 LEDを表現するために使用される **波長** 属性のさまざまな組み合わせは、放射される光のスペクトル成分に関する情報を提供します。 知覚される色と「実際の」色が完全に一致するとは限らないため、これは重要です。人間の色の知覚の基本モデルは3色型であり、ほとんどの人は目の中に3種類の異なる色の錐体細胞を持っており、それらの細胞は入射光のスペクトル成分に基づいて異なる度合いで刺激されます。実際のスペクトル成分に関わらず、目の感知細胞から同じ比率の反応を引き起こす2つの刺激は、同じ色として知覚されます。したがって、スペクトル成分が大幅に異なる光源でも、同じ色に見えることがあります。 **ドミナント波長** は知覚的な尺度であり、測定対象のデバイスから放出される光と同じだと知覚される色（標準化されたヒトモデルに基づく）を生み出す単色光の波長を示します。これは、LEDが他の物体を照らすために使用されるのではなく、直接目視されるようなインジケータ的な用途において、最も重要です。 一方、 **ピーク波長** は、デバイスの放射スペクトルの最高点を示し、園芸用照明など、知覚される色よりも実際のスペクトル成分がより重要視される用途において注目されます。 ドミナント波長とピーク波長が両方とも示される場合、それらは非常に近い値を示すことが多いですが、完全に重なることはなく、可視域の端に近づくほどその差は大きくなる傾向があります。これは、人間の色の反応における非対称性と、光源のスペクトル密度の「裾の部分」と人間の感度曲線の重なり方によって生じます。 **波長** 自体は、ドミナントまたはピーク値のいずれかを意味するものではなく、どちらも想定すべきではありません。単一のLEDシリーズのデータシート内でも、極端な波長を持つデバイスには「ピーク」値が、可視スペクトルの中央に近いデバイスには「ドミナント」値が引用されるなど、用語の意味はさまざまです。これは、一見するとそれほど無秩序な慣行ではないかもしれません。可視スペクトルの両極端に近いピーク波長を持つデバイスは、その放射スペクトルが人間の目があまり敏感でない領域にあるため、照明用には使用されにくいのです。結果として照明効果は特に高くないため、（知覚されるものよりも）実際の分光特性が重要視される用途で使用される可能性が高いです。 最後に、ナノメートルで表記されている波長の数値は、有色光源のみに適用されます。「白色」光源は、可視域のほとんどを網羅する幅広いスペクトルにわたる光の混合であり、[相関色温度](https://forum.digikey.com/t/led/9374)で表され、ケルビン（°K）で表記された数値で指定されます。商品整理の目的で白色LEDとカラーLEDを一緒にグループ化することが多いので、技術的には正しくないものの、「波長」の見出しの下に温度単位で表記されたCCT（Correlated Color Temperature、相関色温度）値が記載されていることがよくあります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/d/dbedff36ea04434c222b7166333fd892feb70a3e.jpeg) **上図：** CIE1931標準等色関数を使用してプロットされた、LED（ [WP3A8HD](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/kingbright/WP3A8HD/1747617)） の正規化されたパワースペクトル密度。LEDの出力スペクトルにおけるピーク波長は、錐体細胞が顕著な感度を示す範囲外ですが、LEDの放射スペクトルの「裾の部分」は、X曲線で囲まれた部分とまたその約2倍のY曲線で囲まれた部分が重なり合っています（陰影部）。デバイスに記載されているドミナント波長（635nm）は、縦線としてプロットされており、XとYの曲線が同様の比率（約2倍）を持つ値で交差していることに注目してください。 #### 試験電流、試験温度 デバイスの性能と動作の測定は、測定時に使用される順方向電流量に直接影響を受けます。また、測定時のデバイスの温度も、程度は低いものの、かなり重要です。記載されているLEDの **試験電流** および **試験温度** の値は、他の記載されている性能特性が適用されたこれらの変数の値を反映しています。試験電流値はほぼ例外なく記載されていますが、試験温度値は照明用のLED製品のみにパラメータとして公開される傾向にあります。これらのデバイスに典型的な比較的高い電力損失により、75～100°Cでの動作が例外ではなく、より一般的になっています。そのため、従来の25°Cのデバイス温度での動作測定は、実際の結果を正確に反映したものとは言えません。 LEDの性能は、デバイスの温度が上昇するにつれてあらゆる面で低下する傾向にあるため、異なる試験温度で測定された数値的に類似した性能特性を持つデバイスを比較する場合は、試験温度が高いデバイスの方が望ましいと言えます。おおよその目安として、試験温度を25°Cから85°Cに上昇させると、光束および効率が10%減少すると予想されますが、5～20%の範囲で変化しても異常ではありません。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/0/0f2fd79bae21cbe0efebb7263f6f56b381293dff.jpeg) #### ルーメン/ワット（発光効率） **発光効率** とは、人間の視覚の波長依存感度に関する標準モデルに基づいて、電気入力エネルギー単位当たりのLEDの光出力を知覚的に測定した値です。言い方を変えれば、これは、単位あたりの電気入力エネルギーを人間にとって有用な光に変換するデバイスの効率性を示す尺度です。測定値は通常、明所視（通常の光量における色覚）視覚モデルに基づいて算出され、その理論上の最大値は1ワットあたり683ルーメンです。その最大値は、人間の分光感度曲線のピークである555nm（緑）付近で適用されるため、より幅広い分光特性を持つ光源（例えば「白色」光）の理論上の最大値はより低くなります。 #### Flux @ \_\_\_\_\_\_ **ルーメン** （lumen）という単位で測定される **光束** は、知覚される光の強さを表す尺度です。人間の視覚はすべての波長に対して均一に敏感であるわけではないため、照明の提供が目的である状況では、パワーを測定するための通常の汎用単位（ワット）は適切ではありません。例えば、1ワットの赤色光は、1ワットの緑色光と同じ照明効果をもたらしません。光束の概念は、人間の視覚感度の変化を波長の関数として表す標準光度関数に従って光源のスペクトル成分に重み付けすることで、この問題を回避します。 LEDを表現するために使用されるさまざまな **光束** の属性は、デバイスが生成する、光源の光量を示しています。これらの数値は、測定時にLEDに印加された順方向電流に直接依存し、また、デバイスの温度にもやや間接的にですが、強く依存します。したがって、記載された光束値は、記載された試験電流および温度で有効です。 下の写真は、発光効率が[46 lm/W](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/rohm-semiconductor/SMLK18WBJBW1/3079517)と表示されたLED（左）と、発光効率が[201 lm/W](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/samsung-semiconductor-inc/SPMWHT541ML5XAVMS6/6569393)と表示された類似のデバイス（右）に100mWを適用した場合の照明効果の違いを示しています。どちらも手前のプロトボードの反対側に、白い紙を狙って取り付けられています。もう1枚の紙はV字型に折り曲げられ、それぞれによって照らされる領域を分離しています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/1/13b1fa466fc1d4c84fc6837ecb8862614049c0db.jpeg) #### 視野角 LEDの **視野角** は、LEDが発する光の強度の空間的な変化を表します。比較的よく守られている慣習は、放射される光の強度がピーク値の少なくとも半分になる平面内の全角度に基づいて視野角を規定することです。このような値は、より明確にするために、 **全幅、半値幅** 、またはFWHM（半値全幅）測定値と呼ばれることがあります。放射パターンは一般的にデバイスの光軸に対して対称であるため、光軸と半減強度点の間の角度を指定することも一般的です。このようにして規定された値は、半値角と呼ばれることがあり、FWHM方式で規定された視野角の半分に相当します。 下の画像は、2つのインジケータ用のLEDを比較したものです。1つは公称視野角が180°（左）、もう1つは公称視野角が24°（右）です。視野角が狭いデバイスは、少し離れた距離にある白い紙の上に明確な明るい領域を投影しますが、広角のデバイスはより拡散したビームを放出します。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/0/0ff9e3b4ce2c51143ea09717805a2a43b2cb86d5.jpeg) ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/0/09133b3a37f9f9e258244ae7c5a3f059b112802b.jpeg) #### CCT（相関色温度） **相関色温度** （しばしば **CCT** と略される）は、一般的には「白色」とされる光源の色特性を測定し、表現するための概念です。ある光源のCCTは、その光源の色に最も近い色を持つ黒体放射の温度です。黒体放射という名称は広く知られていないかも知れませんが、一般には、例えば金属物体が高温に加熱されて赤熱し始めるときの効果として一般的に理解されています。800°K（約1000°F）前後の温度では鈍い赤色、順次オレンジ色、白色、そして現在知られている固体の融点を超える温度では最終的に青色に発光します。 「最も近い」と「近い」は同じ意味ではないことに注意すべきです。Adakは赤道に「最も近い」アラスカの自治体ですが、それでも赤道から3000マイル（約5000km）以上離れています。言い方を変えると、CCTは「白色」光の色特性の最も近い基準点を表しますが、その基準点までの実際の距離については何も示していません。この後者の情報は、[演色評価数](https://forum.digikey.com/t/cri/15419)または CRI（Color Rendering Index）と呼ばれる別の測定基準によって規定されています。 下の図は、異なる温度の黒体放射の正規化放射強度と波長との関係を示しています。両方のスケールが対数であることに注意してください。2700°K（従来の白熱電球の動作温度とほぼ同じ）では、スペクトルの赤色の端から放射される光が青色の端から放射される光よりも約100倍多くなり、黄色がかった色合いの光になります。5600°K では、その差はわずか4倍にまで大幅に減少し、人間は青色の波長の光に対して比較的敏感であるため、このような光源は青みがかって見えることになります。温度によってスペクトル成分の相対的なバランスは変化しますが、黒体が放射するエネルギーの大半は可視光の範囲には含まれないため、黒体のような放射に依存する発光体の発光効率は低くなります。 また、一般的に定性的な意味でCCTを指すために使用される「ウォームホワイト」や「クールホワイト」という表現は、黒体の温度を指すものではなく、光源によって引き起こされる人間の主観的・美的・心理的な反応を指すものであり、CCTの数値とは逆である点にも注目すべきでしょう。CCTが高い光源は「クールホワイト」と呼ばれ、CCTが低い光源は「ウォームホワイト」と呼ばれます。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/0/0fccafa623455084d4b921eb1a6ebb715870f6c3.jpeg) **上図：** さまざまな温度の黒体の放射スペクトルのグラフ **下図：** （左から右へ） 白熱電球、および示されているCCT値が 2700°K、3000°K、5000°K のLEDベースの電球 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/6/6658458f582b26f7515d61eaf942818c543d159d.jpeg) #### CRI（Color Rendering Index：演色評価数） **演色評価数（CRI）** とは、一般的に「白色」とされる光源の色再現特性を規定する方法であり、その光源で照らされた物体の見かけ上の色が、同じCCTの黒体基準光源で照らされた場合の見かけ上の色とどの程度一致するかに基づいています。CRIの理論的な最大値は100であり、基準に対して色の再現性が低い照明ほどCRIは低くなります。実質的に、CRIの数値は、[CCT](https://forum.digikey.com/search?q=Correlated%20color%20temperature)データによって提供される「最も近い基準」情報を「どこまで離れているか」補足するものです。 単位あたりの入力エネルギーからより多くの照明効果を得ようと、蛍光灯やLEDなどの照明器具が開発され、黒体放射原理に基づく照明技術に内在する非効率性を回避しています。その結果、出力スペクトルは、黒体に特徴的な滑らかなカーブではなく、むしろピーク状になる傾向があります。 その結果、照明された物体の見かけの色は、光源のスペクトル内容によって大きく変化します。屋外照明（街灯、駐車場ランプなど）によく使われるナトリウムベースのランプは、あらゆるものをオレンジがかった黄色や黒に見せる傾向があり、CRIが非常に低い光源の最も身近な例でしょう。 #### ミリカンデラ定格 **ミリカンデラ定格** は、デバイスが特定の方向に放出する光の知覚される強度の尺度であり、通常はデバイスの光軸に沿ってこの強度が最も高くなります。これは、インジケータやセグメントディスプレイなど、直視用に設計されたデバイスでよく使われます。なぜなら、容易に視認できるように、デバイスが観察者の方向に放射する光の強度が、デバイスの表面で反射する周囲の光と区別できる必要があるからです。この概念は、照明用に設計されたデバイスを特徴付けるために使用される[光束](https://forum.digikey.com/t/topic/9358)の単位とは対照的で、照明用ではある特定の方向の発光強度よりも、あらゆる方向に放出されるエネルギーの総量が重視されます。 より正確には、 **カンデラ** は光度を表すメートル法の基本単位であり、あるデバイスが特定の方向に放射する単位立体角あたりの光エネルギー量を、人間の視覚感度のスペクトル依存性を考慮して調整したものです。具体的には、1ステラジアンあたり1/683ワットの放射強度を持つ555nmの単色光源の光度と定義されています。もちろん、ミリカンデラはカンデラの1000分の1です。 そして、疑問に思っている方のために説明すると、ステラジアン（「ステレオ + ラジアン」と考えてください）は、平面上の角度を表現するために使用されるラジアン角度の3次元版です。円周は2πラジアン、球体は4πステラジアンになります。この幾何学概念により、デバイスのミリカンデラ定格と視野角の間には密接な関係があります。光出力を狭いビームに集中させるLEDは、同じ量の光エネルギーをより広い立体角に広げるLEDよりも明るく見えます。 LEDおよび関連トピックの詳細については、[こちらの参考資料](https://forum.digikey.com/t/led-terms/525)をご覧ください。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/f19f137c87ab439c2df43a52f7644e2ffcd959e0.jpeg) **上図：** 両方のセグメントディスプレイは暗闇では見やすいですが（下）、周囲が明るい状況下では見えにくいかもしれません（上）。 ## フォトダイオード **フォトダイオード** は、整流ダイオードと密接に関連し、同様の基本概念に基づくデバイスの一群ですが、光電効果を（抑制するのではなく）利用するように設計されており、テレビのチャンネル変更や血流中の酸素濃度の測定など、さまざまな用途で光の検知や 計測に使用されます。フォトダイオードは整流機能を実行できますが、整流ダイオードがフォトダイオードとして（不十分に）機能するのと同様に、整流機能は比較的不十分です。 下の写真は、ガラスパッケージの一般的な整流ダイオード[1N4148](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/onsemi/1N4148/458603)とフォトダイオード[SFH229](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/osram-opto-semiconductors-inc/SFH-229/607287)を、AC 電流で駆動されるランダムパーツボックスの赤色LEDで照射したときの動作の違いを示しています。専用設計のフォトダイオードは、1N4148の約2mVに対し、約7Vの振幅の信号を生成します。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/b/b16db1bd72c26ec395c6e016ed08fd9b4d271635.jpeg) **上図：** LEDで照らされた整流ダイオード1N4148 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/6/6008c201beb6ace2d04c2bc179da631f64436e98.png) **上図：** AC電流（緑色）で駆動するLEDで照らされた整流ダイオードによって生成された光電信号（黄色） ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/b/b8ea0731d1f9dcd39c7d03864740f5f8cbab45b2.jpeg) **上図：** 上図および下図の波形を生成するための回路 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/2f0a219d843cafb26845477207752a041b7f120d.jpeg) **上図：** LEDで照らされたフォトダイオードSFH229 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/3/3c5a51ef77731d89226b52625ef592e15d216222.png) **上図：** 光電信号（黄色）とLED駆動電流（緑色） フォトダイオードは、一般的に2つの方法のいずれかで動作します。 **光起電** モードでは、デバイスはほとんど電圧を印加せずに動作し、太陽エネルギー環境発電に使用される光起電力パネルの非常に小規模なバージョンのように動作します。この動作モードでは、ダイオードは順方向にバイアスされ、アノードはカソード端子に対してプラスになります。オープンのまま、あるいは高抵抗値を接続すると、結果として生じる電圧は入射光と対数関係になります。これは、整流ダイオードの順方向電圧が順方向電流と対数関係にあるのとよく似ています。その例が下図の中央に示されていますが、上図と同じフォトダイオードとLEDを使用しています。 一方、フォトダイオードが短絡され、その結果生じる電流の流れをモニタすると、更に下の図のように、入射光に対して結果として得られる信号は極めて直線的になります。この場合、光源に印加される電流の単位当たりの結果として得られる信号の電圧振幅も、数桁高い値となります。 光起電モードで動作している場合、フォトダイオードは本質的に無バイアスであるため、接合容量は最大となり、応答時間が遅くなります。しかし、デバイス内の余分なノイズ源と電力損失は最小限に抑えられているため、このモードは低速/高精度の用途（多くの場合、光そのものを測定する用途）に有用です。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/5a5e00511f9d02791fd6a694bf3bcc7e94e15435.png) **上図：** LEDをハイインピーダンス光起電モードで動作させた場合のLED/フォトダイオードのペアの入力および出力波形 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/9/9e5ed89497e33259f7a1a24cfedeec19ac9af129.png) **上図：** LEDを短絡型光起電モードで動作させた場合のLED/フォトダイオードのペアの入力および出力波形 対照的に、 **光伝導** モードでの動作は、フォトダイオードをある程度の逆バイアス下に置き、その結果生じるリーク電流を測定することになります。デバイスに吸収された入射光は新しい電荷キャリアを生成し、その電荷キャリアは印加された逆バイアス電圧の影響下で電流を流すことができます。印加するバイアスの量を増やすと、ダイオードの接合容量が減少し、結果として得られる信号のノイズが増加する代償として、より速い応答時間が可能になります。この効果により、光伝導モードは速度が重視される用途に好まれる傾向があります。これらは、光そのものを測定するというよりも、光を検知して光が運んでいる情報を解読することに重点を置いたアプリケーションである場合が多く、光ファイバ通信の受信機は優れた例です。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/7/7c9597917b627d6e667171d741407d0bdec3774d.png) ### フォトダイオードの属性 #### 波長 DigiKeyのウェブサイトに掲載されているフォトダイオードの **波長** 属性は、デバイスのピーク感度の波長、すなわち入射光エネルギーの単位あたり最大の電気応答を生じる光の波長を示します。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/26d569609ad1e91a72e5f5033ac87ac269e1a7f1.jpeg) #### 色-強調（Enhanced） 光スペクトルの一部に応答できるように設計されたフォトダイオードは、しばしばその領域に対して「強調された」と表現されます。これは、これらのデバイスがその領域で特に敏感であるという意味に解釈すべきではありません。これは、感度曲線のその領域が他の領域よりも改善されるように努力されたことを意味するかもしれませんし、単に参照された領域の感度が光学フィルタリングの使用によって意図的に低下していないことを意味するかもしれません。おそらく、スペクトル域属性で表示される、より正確な（扱いにくい）情報のための、不正確な簡易選択メカニズムとして理解するのが最も適切でしょう。 たとえば、[PDB-C152SM](https://www.digikey.jp/ja/products/detail/advanced-photonix/PDB-C152SM/480629)はメーカーによって「青色強調」デバイスと説明されており、そのスペクトル応答曲線が下図に示され、さまざまな波長領域に関連付けられた可視色を示すためにカラー表示されています。「青」領域の応答性は、赤外領域にあるピーク値のおよそ3分の1から4分の1であることがはっきりとわかります。それでも、このデバイスは青色スペクトルの応答が潜在的に有用なレベルにあるため、その領域では「強調されている」と言われています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/6/6e803eec184d23cc8132b17eba74e0a7447c30ae.jpeg) **上図：** 可視スペクトルをカラー表示したフォトダイオードPDB-C152SMの応答曲線 #### スペクトル域 フォトダイオードの **スペクトル域** 属性は、デバイスの応答度がメーカーが定義した閾値（通常はピーク値の10～50%の範囲）を超える光波長範囲を規定しています。選択された正確な値に関する決まりは特に厳格ではないため、リストされた値は多少緩やかに解釈すべきであり、その正確な意味は、問題となっているアプリケーションに関連する可能性がある場合は確認する必要があります。一例として、TEMD1000のデータシート（下図下）では、50%の閾値を使用していますが、SFH2701のデータシート（下図上）では、10%の閾値を使用しています。両者で同じ10%レベルを使用した場合、TEMD1000の赤外応答はさらに約70nm広がることがわかります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/9/90771d574793a4a31e00d429a1374541bc12eee1.jpeg) ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/c/cfd2ee07067265235b2005a162c888686d1b896a.jpeg) **上図：** SFH2701データシートから、スペクトル域特性を強調した特性表の抜粋。10%の閾値レベルを使用していることに注目してください。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/3/3ece6accf245bbb493ec885e9ea9e76b52093399.jpeg) **上図：** SFH2701のデータシートからの分光感度グラフ。TEMD1000で使用されたものと同じ感度50%レベルで評価した場合、その範囲はおおよそ480～970nmです。 #### ダイオードタイプ ##### PIN PINフォトダイオードは、P型およびN型ドープ領域の間にドープされていない「真性」層を組み込んでおり、標準的なP-N接合ダイオードの変形です。これにより、入射光に対するターゲットが大きくなり、接合容量が減少するため、同等のP-N接合よりも高感度で高速な応答が可能になります。 ##### アバランシェ アバランシェフォトダイオード（APD）は、比較的高い逆バイアス電圧で[光伝導モード](https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Diodes#)で動作し、PIN型フォトダイオードよりも高い感度で入射光を検知します。これは、内部増幅の仕組みが組み込まれているためです。入射光の吸収によって生じた電荷キャリアが直接出力信号となるのではなく、APDは印加された逆電圧を使用してそれらの電荷キャリアを加速し、隣接する逆バイアスP-N構造において雪崩現象を引き起こすのに十分なエネルギーを持つまで加速します。その結果、出力信号は、元々の光生成電荷キャリアが単独で出力信号を担っていた場合に達成されていたものよりも、数十倍から数百倍大きくなります。この高感度化にはノイズレベルの増加という代償が伴い、また高い逆電圧と潜在的に大きな光電流信号の組み合わせにより、デバイス内でかなりの電力損失が発生する可能性があります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/5/527e389ddb6d7a819127cd2de0a75ab0d91b4356.png) **上図：** 標準的なPN接合ダイオードと比較したPINダイオードの構造概念図 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/4/46ed03fba868c9d921c1d5a9c20af31ef60ff420.jpeg) **上図：** アバランシェフォトダイオードの動作説明図。入射光がダイオードの吸収領域に当たると、新たな電荷キャリアが生成され、印加された逆バイアス電圧によって加速され、隣接するP-N接合に当たるとアバランシェ効果により多数の電荷キャリアが解放されます。 #### 応答性@nm フォトダイオードの **応答性** は、入射光に対する感度を規定し、単位入射光エネルギー当たりの出力電流の大きさで表されます。これは、光のスペクトル成分と印加されるバイアス電圧の大きさによって変化します。また、記載された数値は、指定された波長の単色テスト光源に対して適用されるものであり、デバイスのピーク感度波長と異なる場合がよくあります。かなりの数の製品について数値が記載されていないことを別にしても、記載された値が適用される状況にばらつきがあるため、記載された値を異なるデバイス間の比較の公平な基準として使用できる度合いには限界があります。さらに、デバイスの[アクティブエリア](https://forum.digikey.com/search?q=%E3%82%A2%E3%82%AF%E3%83%86%E3%82%A3%E3%83%96%E3%82%A8%E3%83%AA%E3%82%A2)などの他の要因も、所定の強度の光源に対するデバイスの応答に影響を与えます。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/4/48f26060f9155ac3803c00c07d43918371b8957d.jpeg) #### 応答時間 フォトダイオードの **応答時間** は、光刺激が加えられてから、その結果としての出力信号が最終的な値に近づくまでの遅延時間を規定します。これは、接合容量に強く影響されます。接合容量は、選択された動作モードや印加される逆方向バイアス電圧の大きさなど、ユーザー定義の要因に影響されます。したがって、表示されている応答時間値は、部品自体の動作を反映しているのと同じくらい、メーカーが選択した測定条件を反映していることになります。機器を選択する際には、この事実を念頭に置く必要があります。10ナノ秒の応答時間が表示されている機器は、10マイクロ秒の応答時間が表示されている機器よりも高速である可能性が高いですが、表示されている値が、例えば5マイクロ秒対10マイクロ秒の場合、その確実性は低くなります。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/235b1cee2b8b8e252bdcb4385d7a3f489de24808.jpeg) #### 電圧 - DC逆方向（最大） フォトダイオードの **最大逆方向電圧** 特性は、整流ダイオードの場合と本質的には同じことを意味しており、降伏が差し迫るまでに逆方向に印加できる最大電圧を示しています。しかし、フォトダイオードを流れる電流（したがって電力損失）は、設計上、光入力信号の関数であるため、これは必ずしも最大安全動作電圧を表しているわけではありません。これは、アバランシェフォトダイオードの用途において特に重要です。アバランシェフォトダイオードは通常、高い逆方向電圧で動作し、比較的高い電流出力が得られるものです。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/0/01c3cd083fce089df553975f2d1e685331173e4a.jpeg) #### 電流 - 暗電流 フォトダイオードの **暗電流** は、整流ダイオードの用途におけるリーク電流に類似しています。入射光がない状態で逆バイアスされたフォトダイオードに流れる電流です。この電流の変動はノイズ源となり、観測値は温度や印加バイアス電圧によって大きく変動します。そのため、デバイスの特性を比較したり、設計計算を行う際には、これらの要因を念頭に置くことが重要です。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/2/2121f1c20b28c2697e12e1cc0174c6fe344ce804.jpeg) #### アクティブエリア フォトダイオードの光に反応する部分は **アクティブエリア** と呼ばれ、その物理的なサイズは、特定の強度の入射光に対する出力信号の大きさに直接影響します。他の条件がすべて同じであれば、アクティブエリアが大きくなることで高感度化が実現しますが、通常、接合容量の増加、応答時間の遅延、および暗電流の増加を伴います。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/7/7179f869b77a3398e56666e6c9f0aa28d32fe563.jpeg) #### 視野角 フォトダイオードの分野では、 **視野角** とは入射光の入射方向によってデバイスの感度がどのように変化するかを指します。[LEDの場合](https://www.digikey.com/eewiki/display/Motley/Diodes#)と同様に、従来の慣行では、デバイスの応答度がピーク値の少なくとも半分となる入射角全体を視野角として測定します。半値角も一般的に使用されています。 ![](https://global.discourse-cdn.com/digikey/original/2X/f/f4173c131f66b7813e4a831c7393096aea79e20a.jpeg) # 可変容量ダイオード 可変容量ダイオードは、 **チューニングダイオード** または **バラクタダイオード** とも呼ばれ、逆バイアスモードで動作するように設計されており、印加されるバイアス電圧の量に応じて接合容量が予測可能な変化を示します。言い換えれば、整流器というよりも、電気的に調整可能なコンデンサとして機能するように作られています。これらは一般的にRFアプリケーションのチューニング素子として使用され、ほとんどのダイオードはこのような機能を持ちますが、可変容量ダイオードとして販売されているものは、この用途向けに特別に設計され、特徴づけされています。 #### 静電容量 接合容量はバラクタダイオードの場合、より慎重に規定されますが、その原理は一般的な整流ダイオードの場合とほとんど変わりません。これは印加される逆バイアス電圧の量に強く依存しており、デバイスの公称静電容量を規定する電圧は、静電容量の数値そのものと同様に意味のあるものとなります。接合容量は逆バイアス電圧に反比例して変化するため、最大に近いバイアス条件下で規定された容量値は、「最小」容量値と見なすことができます。逆に、低バイアス電圧で提示された静電容量の数値は「最大」値と考えることができます。両方の実例と両者の中間的な実例は、実際に存在しますが、デバイスの静電容量によるフィルタリングは、かなり綿密に調べないとデバイスの静電容量範囲の上限、下限、または中央値のいずれが参照されているかがわからないため、不正確で面倒な作業になります。利用可能なデバイスの数が特別に多いわけではないので、推奨される選択戦略は、関心のある範囲に少しでも近いすべての値を最初に選択することです。その後、他のフィルタ基準を適用して、得られる結果数を絞り込むことにより、テスト条件の解釈に費やす時間を短縮することができます。 #### 静電容量比 可変容量ダイオードの場合は、 **静電容量比** は2つの異なるレベルの逆方向電圧印加時に生じる接合容量の比を指します。容量比の値そのものは、その根拠となる2つの電圧値（Digi-Speakで **静電容量比条件** と呼ばれる）への言及なしにはあまり役に立ちませんし、仕様規定するためにメーカーから複数の値が提示されることもよくあります。このような場合、メーカーが提供する最も広い電圧範囲（通常はデバイスの最大使用可能範囲に対応）に基づく容量比が、サプライヤのパラメトリックデータで引用されるのが一般的です。 #### Q @ VR, F 可変容量ダイオードの説明では、 **Q** 値は、他のリアクティブデバイスの場合と同様に、デバイスのリアクティブインピーダンスと寄生直列抵抗の比を指します。バラクタダイオードは、印加される逆方向電圧の大きさによってリアクタンスが変化するように設計されているため、デバイスのQ値を規定する際には、その電圧が重要な試験条件となります。また、規定する試験周波数も重要です。製品のパッケージに関連するインダクタンスなどの寄生要素により、例えば50MHzで測定したQ値が1MHzで測定したQ値と大きく異なることがあります。 可変容量ダイオードの詳細については、[こちらの参考資料](https://forum.digikey.com/t/topic/35867)をご覧ください。 # 参考資料 ### ダイオードの基礎 [Fundamentals of Rectifiers](http://www.vishay.com/docs/88867/anfundamental.pdf)（Vishay、2ページ） 逆回復特性による整流器分類の簡単な列挙と、典型的な略語を用いた記述パラメータの概要が含まれています。 [Rectifiers-Physical Explanation](http://www.vishay.com/docs/84064/anphyexp.pdf)（Vishay、3ページ） 逆回復特性による整流器分類の簡単な列挙と、典型的な略語を用いた記述パラメータの概要が含まれています。 [Understanding Diode Reverse Recovery and its Effect on Switching Losses](https://www.mikrocontroller.net/attachment/351267/Understanding-Diode-Reverse-Recovery-and-Its-Effect-on-Switching-Losses.pdf)（Fairchild Semi、11ページ） 一般的なハーフブリッジスイッチングアプリケーションにおけるダイオードの逆回復特性の影響について説明しています。 [SNVA744：Choosing Standard Recovery Diode or Ultra-Fast diode in Snubber](https://e2e.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/196/TI_5F00_SNVA744_5F00_Ap_2D00_note_5F00_on_5F00_Snubbers.pdf)（Texas Instruments、8ページ） フライバックトポロジースイッチング電源におけるスナバ回路のダイオード選択に関する設計上の考慮事項について説明しています。 [IXAN0044：Fast Recovery Epitaxial Diodes (FRED)](http://www.ixys.com/Documents/AppNotes/IXAN0044.pdf)（Ixys、9ページ） ダイオードの逆回復特性がスイッチングアプリケーションに与える影響と、さまざまな高速回復整流ダイオードタイプの違いについて説明しています。 ### LED [LED Color Mixing：Basics and Background](https://www.digikey.jp/ja/articles/led-color-mixing-basics-and-background)（Cree、23ページ） LED照明アプリケーションにおける色知覚、測色、および関連概念について説明しています。 [LED Color Characteristics](https://www1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/led-color-characteristics-factsheet.pdf)（U.S. Dept. of Energy、4ページ） 照明アプリケーションにおける色に関するコンセプトについて、簡潔ながら有用な要約を提供しています。 [Optical Measurement Guidelines](https://www.lumileds.com/uploads/377/WP17-pdf)（Lumileds、12ページ） 照明アプリケーションに関連した光学測定のプロセスを説明しています。 [Converting Radiant Intensity in Units of mW/cm2 to mW/sr](https://www.digikey.ca/en/pdf/t/tt-electronics-optek-technology/converting-radiant-intensity)（TT Electrionics、3ページ） 立体角の概念と、異なる測定単位間での放射強度測定の変換について説明しています。 [AN32：Electrical Drive Considerations for Bridgelux Vero Series LED Arrays](https://bridgelux.com/sites/default/files/resource_media/AN32-Vero-Series-Electrical-Drive-Considerations.pdf)（Bridgelux、20ページ） 高出力チップオンボード（CoB）LEDアレイの駆動について考察しています。Bridgelux製品について具体的に説明しますが、その概念は他のメーカーの同様の製品にも一般的に適用可能です。 [Cree Xlamp LED Electrical Overstress](https://www.cree.com/led-components/media/documents/XLamp_Elec_Overstress.pdf)（Cree、9ページ） LED に対する電気的な過大ストレスの影響と、それを緩和するための技術について説明しています。Cree製品について具体的に言及していますが、同様のタイプの他の製品にも一般化できる情報です。 [AN30：Thermal Management for Bridgelux Vero series LED Arrays](https://bridgelux.com/sites/default/files/resource_media/AN30-Thermal-Management-of-Vero-LED-Modules.pdf)（Bridgelux、31 ページ） 高出力チップオンボード（CoB）LEDアレイの熱伝導理論と応用について解説しています。Bridgelux製品について具体的に説明しますが、その概念は他のメーカーの同様の製品にも一般的に適用可能です。 [Reliability and Lifetime of LEDs](https://www.digikey.jp/ja/articles/reliability-and-lifetime-of-leds)（Osram、19ページ） LED部品と関連照明アプリケーションに適用される信頼性指標と概念について説明しています。 [Evaluating the Lifetime Behavior of LED Systems](https://www.lumileds.com/uploads/167/WP15-pdf)（Lumileds、16ページ） LED照明システムの寿命に関する概念と考慮事項について説明しています。 [Cree XLamp LEDs Chemical Compatibility](https://www.cree.com/led-components/media/documents/XLamp_Chemical_Comp.pdf)（Cree、23ページ） LEDアプリケーションにおける化学的適合性の問題の例、緩和技術、および化学的適合性を決定するための経験的試験方法を提供しています。 [Chemical Compatibility of LEDs](https://downloads.cree-led.com/files/da/x/XLamp-Chemical-Compatibility.pdf)（Osram、24ページ） LEDの構造と化学的不適合から生じる可能性のある悪影響について説明しています。 [Preventing LED Failures Caused by Corrosive Materials](https://www.dataweek.co.za/print.aspx?editorialtype=N&editorialid=49961)（Osram、9ページ） LED照明アプリケーションにおける化学的非適合性の問題について、比較的簡潔にまとめています。 [オリジナル・ソース（English）](https://forum.digikey.com/t/diodes/12789)