Elettronica analogicaElettrotecnica base

Il Diodo

Breve introduzione pratica all'utilizzo di questo componente elettronico

Il diodo è un componente elettronico passivo non-lineare che permette il flusso di elettroni, e quindi di corrente elettrica, solo in un verso. Inizialmente è nato sotto forma di valvole termoioniche ma poi si è evoluto attraverso l’utilizzo di materiali semiconduttori.

Esistono molte tipologie di diodo ed ognuna possiede le sue particolari caratteristiche, ma ciò nonostante è possibile partire dai diodi a giunzione per spiegare il funzionamento di tutte le varie famiglie.

Prima di procedere è doveroso fare un focus sui materiali semiconduttori tipo P e semiconduttori tipo N.

Semiconduttori di tipo N e di tipo P

Diodo a giunzione PN

Si tratta di componenti composti da due giunzioni: una di tipo P, realizzata da cristalli di silicio drogato con atomi trivalenti (Boro, Alluminio, Gallio ecc…), e l’altra di tipo N, realizzata da cristalli di silicio drogato con atomi pentavalenti (Fosforo, Arsenico ecc…).

A livello circuitale indicheremo con A (anodo) la zona P e con K (catodo) la zona N. La corrente elettrica potrà scorrere liberamente solo dall’anodo verso il catodo. Il simbolo elettrico generico utilizzato per i diodi a giunzione è quindi formato da un triangolo avente la punta rivolta verso il catodo ed in corrispondenza di questa punta una sbarra orizzontale. Il simbolo il verso della corrente accettata dal diodo.

A questo punto possiamo definire due casistiche di funzionamento:

  • POLARIZZAZIONE DIRETTA: Ci si trova in questa casistica quando il potenziale elettrico dell’anodo è maggiore di quello del catodo, di conseguenza la corrente elettrica fluisce correttamente dall’anodo al catodo. Il diodo, per condurre, necessita che tra anodo e catodo vi sia una tensione superiore alla tensione di soglia (parametro caratteristico del singolo diodo, tipicamente per i diodi a giunzione 0.7V). A livello circuitale ci ritroveremo nella condizione seguente e il carico sarà correttamente alimentato.

  • POLARIZZAZIONE INVERSA: Ci si trova in questa casistica quando il potenziale elettrico del catodo è maggiore di quello dell’anodo, di conseguenza la corrente elettrica non può fluire ì dall’anodo al catodo poiché verrà bloccata dal diodo stesso. Ci si trova in questa condizione di funzionamento anche quando il diodo funziona linearmente e quindi l’anodo possiede potenziale elettrico maggiore del catodo ma la tensione tra questi due punti è al di sotto del valore di tensione di soglia . A livello circuitale ci ritroveremo nella condizione seguente e il carico non sarà alimentato.

Giunti a questo punto possiamo quindi introdurre la curva caratteristica del funzionamento di un diodo:

Possiamo quindi notare che quando un diodo lavoro nel primo quadrante (ovvero potenziale anodo maggiore del potenziale catodo) siamo in polarizzazione diretta. Ciò nonostante il diodo conduce corrente (la curva assume andamento esponenziale) solo al raggiungimento ai suoi capi della tensione di soglia .

Nel terzo quadrante, invece, notiamo la zona di polarizzazione inversa ovvero quando il potenziale anodo è minore del potenziale catodo. In questo caso il flusso di corrente è quasi totalmente bloccato. Abbiamo lo stesso una piccola corrente inversa I0, che nella maggior parte dei casi è trascurabile (si parla di nA-μA). Il diodo riesce a “sopravvivere” in questa condizione fino al raggiungimento di una tensione di rottura Vz (detta anche VBR tensione di breakdown), superata la quale il diodo finisce nella zona di breakdown danneggiandosi in modo permanente.

UTILIZZI

I diodi vengono impiegati in regimi continui come dispositivi di protezione per imporre il verso della corrente ed evitare la possibilità di guasti in caso di inversione di polarità. In regimi di alimentazioni AC possono invece esser utilizzati per modificare le forme d’onda: i principali responsabili delle trasformazioni da alimentazioni AC a DC.

DATASHEET

Di seguito viene riportato il datasheet dei diodi della famiglia 1N400X. Notiamo come i vari modelli si differenzino principalmente solo sulla base dell’isolamento e quindi sulla capacità di supportare picchi di tensione inversa.

TIPOLOGIE DI DIODO

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Mae89

Appassionato di elettronica digitale, elettrotecnica generale e programmazione di microcontrollori. Fondatore del progetto MST tutorial.

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