Diodo Ideale

Diodo
A(+)
K(-)
ID
Il diodo è un componente elettronico passivo non lineare a due terminali (A = anodo, K = catodo), la cui
funzione ideale è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in una direzione e di bloccarla nell'altra, la
qual cosa viene realizzata ponendo dei vincoli alla libertà di movimento e di direzione dei portatori di carica.
Il simbolo circuitale del diodo esprime chiaramente questa funzione: il triangolo indica la direzione che
permette il flusso di corrente elettrica considerato convenzionalmente positivo (dall’ anodo al catodo), mentre
la sbarra ne indica il blocco.
Diodo Ideale
In molte applicazioni di interesse, la caratteristica tensione-corrente di un diodo ideale, ottenuta in condizioni
statiche, può essere sostituita con una funzione lineare a tratti. In tale funzione la corrente è esattamente zero se
la tensione tra anodo e catodo non raggiunge un certo valore V on (che di solito si aggira sui 0,6 V) e diviene un
valore arbitrario e positivo quando la tensione ai capi del dispositivo è esattamente Von. Il valore di V on
rappresenta quel valore di tensione al di sotto del quale il reale valore della corrente che scorre nel dispositivo è
trascurabile ai fini dei nostri calcoli.
ID
ID
VAK
Von = 0
VAK
Von = 0,6 V
Le figure mettono a confronto le caratteristiche di un diodo ideale ipoteticamente realizzato tramite un
dispositivo a semiconduttore, chiamato diodo a giunzione. A sinistra una sua approssimazione “molto ideale”,
in cui la corrente inizia a passare (corto circuito) quando VA > V K (cioè quando VAK = Von > 0) e si annulla
(circuito aperto) quando VA < V K (cioè quando VAK = Von < 0).
Quando la differenza di potenziale ai capi del diodo ideale è maggiore di 0 (cioè quando la corrente elettrica
fluisce nel verso convenzionalmente positivo, dal polo positivo a quello negativo), questo è detto essere
polarizzato in diretta, mentre quando la differenza di potenziale è minore di 0, questo è detto essere
polarizzato in inversa.
A destra un diodo “meno ideale”, presenta un inizio di conduzione quando V AK = Von > 0,6 V (cioè la tensione
dell’anodo VA deve superare di 0,6 V la tensione del catodo VK).
Questa nomenclatura viene utilizzata anche per i diodi reali. Si osservi che il valore di 0,6 V in figura è solo un
tipico valore comodo nei conti, ma che può essere legato a proprietà fisiche o costruttive dello stesso
dispositivo.
Diodo a giunzione
Caratteristica tensione corrente del diodo reale
I diodi a giunzione p-n sono dei diodi realizzati mediante processi metallurgici. La diffusione di impurità di tipo
accettore forma il silicio di tipo “P”, mentre la diffusione di impurità di tipo donatore forma il silicio di tipo
“N”.Unendo metallurgicamente questi due materiali si ottiene il diodo a giunzione e la sua caratteristica
tensione - corrente è approssimabile tramite l'equazione del diodo ideale di Shockley. La caratteristica tensione
corrente del dispositivo è una funzione non lineare. È necessario limitare la corrente condotta da un diodo
affinché non superi mai la massima corrente prevista per quello specifico diodo, oltre la quale può verificarsi la
rottura fisica del dispositivo.
I diodi a giunzione p-n reali hanno una caratteristica tensione corrente analoga a quella ideale, con alcune
differenze: quando polarizzati inversamente, invece di impedire completamente il passaggio di corrente
vengono attraversati dalla Io, la corrente di saturazione inversa, il cui valore è legato all'area del dispositivo ed
alla concentrazioni del drogante. Con l'aumentare del modulo della tensione inversa fino ad un certo valore
(detto tensione di Zener V zk (come si può notare nel 3° e 4° quadrante della caratteristica del diodo reale a
lato), che può andare da alcuni Volt ad alcune decine di Volt), la corrente aumenta in modulo molto
rapidamente: tale regime di funzionamento, detto regime di valanga o di breakdown per il modo di
generazione degli elettroni di conduzione all'interno del diodo, non è dannoso per il componente finché la
potenza dissipata rimane nei limiti tollerati: i diodi Zener per esempio sono progettati espressamente per
funzionare in regime di valanga. Tuttavia, vista la caratteristica molto ripida, il funzionamento in valanga nei
normali diodi è molto pericoloso e porta in genere alla rottura del componente.