TECNOLOGIA DISEGNO E PROGETTAZIONE

TECNOLOGIA DISEGNO E PROGETTAZIONE
IL DIODO RADDRIZZATORE
Il diodo raddrizzatore è un componente il cui funzionamento si basa sulla polarizzazione
della giunzione p-n.
Il diodo è caratterizzato dalla presenza di
due terminali detti anodo ( A ) e catodo (
K ) connessi rispettivamente alla zona p e
alla zona n della giunzione.
In base ai valori dei potenziali applicati ai
terminali A e K la giunzione p-n viene
polarizzata direttamente o inversamente
secondo le seguenti modalità:
Si ha polarizzazione diretta quando VAK = VA – VK > 0 cioè quando il potenziale
dell’anodo è maggiore di quello del catodo. In questo caso la tensione esterna applicata è
tale da favorire la circolazione di corrente attraverso la giunzione dovuta ai portatori
maggioritari consentendo la polarizzazione diretta de diodo. Il dispositivo si trova in stato
di conduzione e consente il passaggio di corrente nel circuito in cui è inserito.
Si ha polarizzazione inversa quando VAK = VA – VK < 0 cioè quando il potenziale
dell’anodo è minore di quello del catodo. In questo caso la tensione esterna applicata
contribuisce a impedire la circolazione di corrente maggioritaria favorendo invece il
passaggio di una corrente ridotta attraverso la giunzione indicata con I0 e chiamata
corrente di saturazione inversa. Il diodo si trova in stato di interdizione e non consente il
passaggio di corrente nel circuito in cui è inserito.
TECNOLOGIA DISEGNO E PROGETTAZIONE
La relazione tra corrente e tensione del diodo è descritta dalla caratteristica voltamperometrica in cui viene rappresentato l’andamento della corrente al variare della
tensione.
Caratteristica diretta - Quando la giunzione è polarizzata direttamente il diodo consente
il passaggio di corrente che diventa apprezzabile quando la tensione applicata ai terminali
supera il valore di soglia Vγ pari a circa 0,6 volt per diodi al silicio e 0,4 volt per diodi al
germanio.
Caratteristica inversa - Quando la giunzione è polarizzata inversamente il diodo
consente il passaggio di corrente molto piccola detta corrente di saturazione inversa I 0
dovuta ai portatori minoritari. Quando la tensione applicata ai terminali supera un
determinato valore VB ( tensione di break-down ) la corrente inversa aumenta
notevolmente e il diodo si danneggia in modo irreversibile.
Si noti comunque che, per far apprezzare l’andamento della corrente di portatori minoritari
si è dovuto costruire il grafico precedente con due differenti scale. Se così non fosse stato,
i valori di corrente nel III quadrante sarebbero sembrati nulli.
L’equazione matematica corrispondente alla curva caratteristica del diodo è:
⎞
⎛ V
η VT
⎜
I = I0 e
− 1⎟
⎟
⎜
⎠
⎝
in cui:
I 0 = corrente di saturazione inversa;
V = tensione applicata;
η = parametro funzione del tipo di semiconduttore che si considera (vale 1 per il Ge, circa
2 per il Si);
VT = equivalente in volt della temperatura. A temperatura ambiente (T=300K) VT ≅26mV.
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Quando il diodo è polarizzato direttamente la resistenza misurabile ai suoi capi è
dell’ordine di qualche decina di Ω al massimo ( resistenza diretta R f ).
In caso di polarizzazione inversa la resistenza misurabile ( resistenza inversa R r ) è invece
dell’ordine di qualche MΩ .
CIRCUITO EQUIVALENTE DEL DIODO
Nel caso in cui si debba analizzare circuiti contenenti diodi non risulta molto semplice
utilizzare la caratteristica di funzionamento riportata in precedenza. Pertanto ogni volta
che non è richiesta una grande precisione nell’analisi da eseguire si può fare ricorso a
modelli semplificati in cui si sostituisce la caratteristica del diodo ottenuta
sperimentalmente con una caratteristica costituita da tratti lineari.
I modelli più comuni sono il diodo ideale, il diodo a caduta di tensione costante ed il diodo
con circuito resistivo.