Il diodo - Samuele Mazzolini

IL DIODO
Il diodo è un componente elettronico a due terminali (dipolo), la cui funzione è quella di
permettere il flusso di corrente elettrica in una sola direzione e di bloccarla nell'altra.
SIMBOLO ELETTRICO
Il simbolo circuitale del diodo esprime chiaramente questa funzione: il triangolo indica la
direzione che permette il flusso di corrente elettrica, cioè dall'anodo verso il catodo.
Principio di funzionamento
Come si vede dai grafici sopra riportati, il diodo può essere attraversato da corrente solo se il
potenziale tra anodo e catodo, indicato con V, è positivo e raggiunge i 0,7V. In altre parole,
se l'anodo è a potenziale positivo rispetto al catodo (polarizzazione diretta) il diodo si
comporta come un cortocircuito, lasciando passare corrente.
In realtà non è proprio un cortocircuito, in quanto ai suoi capi mantiene sempre una caduta di
tensione di 0,7V quando è in conduzione.
Se invece il catodo è a un potenziale maggiore rispetto al catodo (polarizzazione inversa),
il diodo si comporta come un circuito aperto e non lascia passare la corrente.
Facendo una analogia idraulica può essere paragonato ad una valvola idraulica
unidirezionale.
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Nella prima figura della pagina precedente sono riportati gli esempi di polarizzazione diretta
e inversa: si noti che la lampadina si accende solo in polarizzazione diretta, in quanto vi è
passaggio di corrente.
Nella seconda figura è riportato il metodo per capire quale è l’anodo e quale il catodo
utilizzando un multimetro collegato come ohmetro: se il puntale rosso è collegato catodo e il
puntale nero è collegato all’anodo, si legge una resistenza infinita. Se invece si effettua il
collegamento opposto il valore resistivo letto è circa nullo.
Come riconoscere visivamente anodo e catodo in un componete
Diodo reale: caratteristica Tensione-Corrente
I diodi a giunzione p-n sono realizzati con cristalli di silicio e hanno una caratteristica
tensione corrente simile a quella ideale ma con alcune differenze: quando polarizzati
inversamente, invece di impedire completamente il passaggio di corrente presentano una
piccolissima corrente di perdita, in genere dell'ordine del miliardesimo di ampere, che rimane
costante con l'aumentare della tensione inversa fino ad un certo valore (detto tensione di
Zener, Vz), che può andare da alcuni volt ad alcune decine di volt, oltre il quale tale corrente
aumenta 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;
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non è dannoso per il componente finché la potenza dissipata rimane nei limiti tollerati.
Tuttavia, vista la caratteristica molto ripida, il funzionamento in valanga nei normali diodi è
molto pericoloso e porta in genere alla rottura del componente.
Principio fisico di funzionamento
Un diodo è il più semplice tipo di dispositivo a semiconduttore esistente. Un
semiconduttore è un materiale avente caratteristiche elettriche intermedie fra i conduttori e
gli isolanti.
I semiconduttori sono creati da materiali poco conduttori che però vengono modificati
(drogati in gergo elettronico) inserendo sostanze chimiche differenti, per cambiare il
bilanciamento interno tra le cariche positive e negative (da cui dipende appunto la
conduttività del semiconduttore). Per la realizzazione dei dispositivi elettronici il
semiconduttore più usato è il silicio.
Si parla di drogaggio di tipo p se la sostanza chimica inserita aumenta le cariche positive,
(ovvero dei “buchi” che gli elettroni possono usare per muoversi all'interno del chip di
silicio); si parla invece di drogaggio di tipo n se vengono aggiunte cariche elettriche
negative libere di muoversi. La regione con cariche positive aggiunte è detta p-region
mentre l'altra n-region.
Per costruire un diodo vengono utilizzati materiali di tipo n e materiali di tipo.
Quando al diodo non è applicato alcuna tensione, gli elettroni della zona drogata di tipo n
riempiono i buchi della zona di tipo p in prossimità della zona di contatto, formando una
barriera di potenziale (depletion zone) di circa 0,7V che impedisce alle cariche elettriche di
passare da una zona all'altra (vedi figura seguente).
Per poter creare un flusso di corrente attraverso il componente, bisogna far si che le cariche
negative in eccesso nella regione n, abbiano sufficiente energia per superare la barriera di
potenziale di 0,7V e arrivare nella zona p, dove, muovendosi da lacuna a lacuna, possano
dar luogo ad un flusso di corrente.
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Per ottenere questo è necessario fornire energia attraverso una batteria: la tensione fornita
deve essere maggiore o uguale a 0,7V.
In questa maniera, gli elettroni in eccesso nella zona n (liberi di muoversi), sentono la
repulsione del polo negativo della batteria, acquistando sufficiente energia per attraversare
la deplection layer e arrivare nella zona di tipo p, continuando il giro e dando vita ad un
flusso continuo di cariche elettriche negative, cioè ad una corrente elettrica.
Collegando invece la batteria ne verso opposto, le cariche negative sarebbero state attratte
dal polo positivo della batteria e quelle positive avrebbero fatto lo stesso dall'altro lato,
impedendo il passaggio di una corrente elettrica (come si nota dalla figura seguente).
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