Il diodo è un componente elettronico passivo non lineare a due
terminali, 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;
mentre la sbarra ne indica il blocco.
DIODO A
GIUNZIONE
Questi diodi emettono luce visibile e non ad occhio umano, se
polarizzati direttamente: di solito vengono usati per segnalazione
su pannelli di controllo e come spie luminose.
La loro tensione di polarizzazione diretta varia a seconda della lunghezza d'onda
della luce che emettono, ed emettono tanta più luce quanta più corrente li
attraversa: in genere è necessario una corrente minima di 4 mA (corrente di
soglia) perché possano emettere luce in quantità percettibile.
La corrente varia in funzione del tipo di diodo led impiegato.
I diodi LED "normali" richiedono di media 15 mA per emettere una buona
luminosità.
LED
Se polarizzato direttamente (tensione anodo > tensione catodo), il
diodo Zener ha un comportamento analogo al diodo normale.
Altra caratteristica del diodo Zener è il suo comportamento
quand'è polarizzato inversamente (tensione anodo < tensione
catodo) e viene utilizzato in questo modo nella maggior parte delle
applicazioni.
Quando la tensione ai capi del diodo Zener è compresa tra 0 V e Vz, il
componente è interdetto e si comporta come un interruttore aperto. Non appena
la tensione applicatagli scende sotto il valore Vz si innesca l'effetto valanga, per il
quale si ha un forte passaggio di corrente tra i due terminali del dispositivo. Un
normale diodo si distruggerebbe; il diodo Zener invece è capace di resistere al
forte passaggio di corrente e mantiene ai suoi capi la tensione Vz.
Non appena la tensione scende in modulo al di sotto della tensione Vz, cioè
cresce, il componente ritorna allo stato di interdizione.
DIODO ZENER
L'effetto Zener è ottenuto drogando fortemente le due zone p ed n. Applicando
la tensione di Zener (Vz) si crea un campo elettrico di circa 20 MV/m che è
sufficiente a strappare agli atomi gli elettroni di valenza. Variando il drogaggio
delle due zone si possono ottenere tensioni di polarizzazioni comprese tra -2 V
e 600 V.
Altro parametro importante che influisce sulle prestazioni del diodo Zener è la
stabilità in temperatura.
Grafico della
caratteristica
del diodo zener
I semiconduttori sono materiali che hanno una resistività
intermedia tra i conduttori e gli isolanti.
I semiconduttori sono alla base di tutti i principali dispositivi elettronici
e microelettronici quali i transistor, i diodi e i diodi ad emissione
luminosa.
Le proprietà dei semiconduttori diventano interessanti se vengono
opportunamente drogati con impurità.
Le loro caratteristiche quali resistenza, mobilità, concentrazione dei
portatori di carica sono importanti per determinare il campo di utilizzo.
La risposta di un semiconduttore a una portante dipende dalle sue
caratteristiche intrinseche e da alcune variabili esterne come la
temperatura.
Con il termine drogaggio, nell'ambito dei semiconduttori, si
intende l'aggiunta al semiconduttore di piccole percentuali di
atomi non facenti parte del semiconduttore stesso allo scopo di
modificare le proprietà elettriche del materiale.
Il drogaggio può essere di tipo n: l'atomo drogante ha un elettrone in più
di quelli che servono per soddisfare i legami del reticolo cristallino e tale
elettrone acquista libertà di movimento all'interno del semiconduttore.
Il drogaggio può essere di tipo p: l'atomo drogante ha un elettrone in
meno di quelli che servono per soddisfare i legami del reticolo cristallino
e tale mancanza o vacanza di elettrone, indicata con il nome di lacuna, si
comporta come una particella carica positivamente e si può spostare
all'interno del semiconduttore.
Una giunzione p-n è un cristallo semiconduttore
composto da due zone:
-una ad eccedenza di elettroni (strato n)
-ed una ad eccedenza di lacune (strato p).
Le eccedenze di elettroni e lacune si ottengono
mediante drogaggio, con varie tecniche.
Il termine giunzione fa riferimento alla regione
in cui si incontrano i due tipi di drogaggio (P e N).
MISURA PRESA
CON IL DIODO
A GIUNZIONE!
Zener (V)
I (mA)
1N4148 (V)
Zener (V) inverso
15
10
5
0
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
V (V)
0
0,5
-5
-10
-15
Grafico della caratteristica del diodo zener e 1N4148
IDEALI!
1
Zener
Zener inverso
Led rosso
15
Led verde
Led giallo
I (mA)
1N4148
10
5
0
-4
-3
-2
-1
0
1
2
-5
-10
-15
Grafico della caratteristica del diodo zener, 1N4148 e LED
REALI!
V (V)
3
