Elettronica pratica/Diodi

Dal punto di vista teorico un diodo consente lo scorrere della corrente solo in una direzione. Un diodo ideale si comporta come un perfetto isolante per la corrente che fluisce in una direzione e come un perfetto conduttore per la corrente che fluisce nell'altra direzione. La direzione in cui il diodo consente alla corrente di scorrere è chiamata direzione polarizzata in diretta e quella in cui la corrente è contrastata è chiamata direzione polarizzata in inversa.

Costruzione

I diodi a semiconduttore moderni consistono di due regioni di semiconduttori ciascuna avente delle impurità di tipo diverso tali che un lato ha dell'eccesso di protoni (regione p) e l'altro ha dell'eccesso di elettroni (regione n). Tale giunzione delle regioni "p" ed "n" è chiamata w:Diodo a giunzione "pn". La regione "p" ha circa il doppio della superficie della regione "n" per compensare della minore mobilità dei protoni rispetto a quella degli elettroni.

Funzionamento

Il diodo reale si approssima al diodo ideale nel senso che la corrente inversa è estremamente piccola ( meno di 1micro A), almeno per una parte notevole della caratteristica, e la corrente diretta è molto alta (dell'ordine di 1mA) . Benché il diodo reale non abbia le caratteristiche come quelle del diodo ideale in teoria sarebbe possibile produrre un diodo ideale se la concentrazione degli agenti droganti in entrambe le regioni fosse infinita. Comunque, non esiste la possibilità di fare ciò e gli esperimenti non concordano.

Equazione di Shockley

La corrente inversa del diodo (saturazione) è gestita dalla concentrazione dell'agente drogante. La corrente che scorre attraverso il dispositivo varia come varia la tensione che ne è applicata nel modo dato dalla equazione del diodo di Shockley.

$I_{D}=I_{S}[exp(V_{D}/nV_{T})-1]$

Nella equazione di cui sopra $V_{T}$ è definita come $V_{T}=kT/q$, in cui $k$ è la costante di Boltzmann, $T$ è la temperatura in kelvin, e $q$ è la carica elettrica su un elettrone.

Nella direzione di polarizzazione diretta la corrente fluisce con una tensione bassa. Se si disegnasse una curva caratteristica di questa equazione si potrebbe osservare un netto aumento della corrente ad un particolare valore della tensione chiamata tensione di soglia.

Nel modo di polarizzazione inversa la corrente del diodo è $-I_{S}$ approssimativamente. Questa è denominata corrente di saturazione inversa perché sembra che il diodo sia saturato di cariche e non possa consentire il passaggio di una maggiore corrente di quella nella direzione di polarizzazione inversa.

Tensione di rottura

Tuttavia, una brusca e sostanziale deviazione dalla equazione precedente ha luogo in un punto chiamato "tensione di scarica distruttiva". Esso può essere ritenuto come il punto in cui l'equazione di Schottky devia e non è più valida. Ci sono due cause per il verificarsi della "scarica distruttiva".

Conduzione inversa a valanga

Ciò si verifica a causa di portatori minoritari in eccesso in una regione inopportuna. I portatori minoritari sono quei portatori che si trovano in una regione errata. Per esempio, gli elettroni sono dei portatori minoritari nella regione-p.

Effetto Zener

Ciò è dovuto fondamentalmente ad una differenza dimensionale o ad una differernza di concentrazione di drogaggio. Una delle regioni ha una regione di svuotamento maggiore (La tensione di polarizzazione indiretta produce una regione di svuotamento, che è rada in una regione drogata densamente e densa in una regione drogata scarsamente).

Riepilogo

Fondamentalmente, ci sono tre modi in cui un diodo funziona:

diretto La corrente non scorre fino a quando non viene raggiunta una piccola tensione diretta chiamata tensione di soglia.

inverso Il diodo ostacola la corrente di scorrere in direzione opposta. La corrente è minima, e la tensione può essere elevata ( ma non eccedere la tensione di Zener).

Scarica distruttiva Non appena la tensione del diodo è più negativa della tensione Zener il diodo permette alla corrente di scorrere in direzione inversa.

Quando non vi è alcuna tensione applicata, gli elettroni in eccesso del semiconduttore tipo N fluiscono entro le cavità del semiconduttore tipo P. Ciò crea una zona di svuotamento che si comporta come una tensione.

Diversificazione dei diodi

• raddrizzatore a ponte. Un circuito del diodo che trasforma la corrente alternata in corrente continua. Il raddrizzatore a ponte è un raddrizzatore di onda intera, significado che entrambe le porzioni negativa e positiva dell'onda diventano positive. ( In un raddrizzatore a

semionda, la positiva permane positiva e la negativa diventa zero). Il raddrizzatore a ponte ha dei vantaggi sui schemi di raddrizzatori di onda intera differenti, perché riduce la tensione inversa di picco, la maggiore tensione negativa attraverso un diodo a giunzione singola. Col ridurre la tensione inversa di picco, diventa possibile usare dei diodi con tensioni di rottura più basse. Ciò consente di usare diodi meno costosi per adempiere alla medesima funzione.

• LED (Diodo ad emissione luminosa): Un diodo che emette della luce.

• Schottky: Un diodo fatto di una giunzione semiconduttore-metallo, piuttosto che di una giunzione al silicio tipo-p/tipo-n. Questi diodi hanno tipicamente una caduta di tensione diretta molto più bassa dei diodi standard ( attorno ai 0.2V contro i 0.6V).

• Un diodo che è destinato a venire utilizzato nella regione di conduzione a valanga. Questi diodi hanno una tensione di Zener più bassa, talché possono raggiungere il modo a valanga senza fondersi. A differenza di altri diodi, questi hanno delle tensioni di rottura molto particolari, caratteristicamente tra 2 e 200V.