Diodo
Marco Ianna
23 maggio 2014
1
Introduzione: Diodo
Un diodo ideale è un oggetto che può fare passare corrente solo in un certo verso
e la cui caratteristica è quindi rappresentabile come in figura 1.
Un diodo reale può essere approssimato come un diodo ideale e una batteria
collegati in serie e pertanto la sua caratteristica avrà una forma come in figura
2.
Un diodo non dissipa potenza cioè P = V I = 0 perchè se passa corrente la
V = 0 e se c’è tensione la I = 0.
2
Caratteristica Diodo
Si è costruito un banale circuito con generatore di tensione continua, resistenza e
diodo in serie e si è variata la tensione in entrata e si è misurata con un voltmetro
la tensione ai capi del diodo e con un amperometro la corrente circolante nel
circuito ottenendo i seguenti risultati (usando ovviamente diodi diversi):
3
Rilevatore di Picco
Si è andato a costruire un circuito come in figura 6. Si è imposta una certa
tensione sinusoidale è si è andata a misurare la tensione ai capi del capacitore
ottenedo il risultato in figura 8. In tale situazione la tensione positiva è quella
che fa passare corrente nel diodo e pertanto si ha una carica del condensatore
che acquista la tensione massima deı̀i quella sinusoidale entrante. Quando il
generatore tende a invertire la corrente il diodo si trova in uno stato di polarizzazione inversa e pertanto il condensatore non si puù scaricare e la sua tensione
rimane costante. Il fatto che la tensione del condensatore sia livemente minore
di quella massima entrante è dovuta alla Vγ del diodo, che risulta essere nel
nostro caso di circa 0, 5 − 0, 6 V .
4
Raddrizzatore a singola semionda
Si è andato a costruire il circuito in figura 9. Si è instaurata una tensione sinusoidale tramite un generatore e si è misurata la tensione ai capi del resistore R.
Quando la tensione genera intensità di corrente per cui il diodo è polarizzato
direttamente la tensione ai capi di R è quella di e(t), al contrario quando la tensione cambia segno il diodo è polarizzato inversamente e la corrente non circola
1
ID
corto circuito
VD
circuito aperto
Figura 1: Caretteristica di un diodo ideale. Il diodo fa passare corrente solo in
un certo verso pertanto quando gli si impone una certa differenza di potenziale
(ad esempio negativa) esso reagisce non facendo passare la corrente, al contrario
imponendo una differenza di potenziale opposta (quindi positiva) esso fa passare
corrente e la differenza di potenziale ai suoi capi è nulla.
ID
Vγ
VD
Figura 2: Caretteristica di un diodo reale. Nel diodo reale la Vγ è la tensione
necessaria per mandare il diodo in conduzione. In realtà in un diodo ideale
l’intensità di corrente per tensioni (nel nostro caso negative) che non fanno
passare corrente non è completamente nulla ma è negativa dell’ordine di qualche
nanoampere.
2
·10−3
1,5
1
ID (A)
0,5
0
−30 −25 −20 −15 −10
−5
0
VD (V )
Figura 3: Grafico dell’intensità in funzione della tensione applicata nel primo
diodo con R = 4700 Ω.
·10−3
1,5
1
ID (A)
0,5
0
−30 −25 −20 −15 −10
−5
0
VD (V )
Figura 4: Grafico dell’intensità in funzione della tensione applicata al secondo
diodo con R = 4700 Ω.
3
·10−3
0
ID (A)
−2
−4
−12 −10 −8
−6
−4
−2
0
2
VD (V )
Figura 5: Grafico dell’intensità in funzione della tensione applicata ad un diodo
zener R = 4700 Ω.
i(t)
e(t)
Vu
Figura 6: Rilevatore di Picco.
4
C
6
4
V
2
0
−2
−4
−6
0
2
4
6
8
10
t
Figura 7: Andamento teorico del rilevatore di picco per un diodo ideale. La
linea in nero è quello della tensione sinusoidale entrante, quella rossa è la Vu .
Le unità sull’asse delle V e delle t sono arbitrarie.
Figura 8: Rilevatore di Picco. Sul canale uno è stata visualizzata l’onda
sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del capacitore.
5
i(t)
e(t)
Vu
R
Figura 9: Raddrizzatore a singola semionda.
6
4
V
2
0
−2
−4
−6
0
2
4
6
8
10
t
Figura 10: Andamento teorico del raddrizzatore a singola semionda per un diodo
ideale. La linea in nero è quello della tensione sinusoidale entrante, quella rossa
è la Vu . Le unità sull’asse delle V e delle t sono arbitrarie.
e pertanto la Vu è nulla (vedi figura 10. Tutto ciò si è verificato sperimentalmente in figura 11. Il fatto la sinusoide delle tensione ai capi di R abbiamo un
massimo più piccolo è sempre dovuto alla Vγ del diodo.
sectionTraslatore di livello
Si è andato a costruire il circuito il figura 12. La corrente passa attraverso
il diodo e carica il condensatore (VC = costante). Il condensatore non può più
scaricarsi per via del diodo che è in polarizzazione inversa rispetto alla corrente
di scarica. L’equazione alle tensioni è:
−e(t) − VC + Vu = 0 ⇒ Vu = e(t) + VC
(1)
Si è andato a costruire il circuito il figura 14. La corrente passa prima del
condensatore caricandolo in quanto il diodo è in polarizzazione inversa rispetto
al generatore di tensione.
6
Figura 11: Raddrizzatore a singola semionda. Sul canale uno è stata visualizzata
l’onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del
capacitore.
i(t)
e(t)
Vu
C
Figura 12: Traslatore di Livello verso l’alto. Sul canale uno è stata visualizzata
l’onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del
diodo.
7
Figura 13: Traslatore di Livello verso il basso. Sul canale uno è stata visualizzata
l’onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del diodo.
e(t) − VC − Vu = 0 ⇒ Vu = e(t) − VC
5
5.1
(2)
Carica e Scarica
Diodo con RC
Si è realizzato il circuito in figura 17. La corrente passa attraverso il diodo e
carica il condensatore. Quando la tensione del generatore si inverte la corrente
non può passare per la presenza del diodo tuttavia il condensatore può scaricarsi
i(t)
e(t)
C
Vu
Figura 14: Traslatore di Livello.
8
Figura 15: Traslatore di Livello. Sul canale uno è stata visualizzata l’onda
sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del diodo.
V
5
0
−5
0
2
4
6
8
10
t
Figura 16: Andamento teorico del traslatore di livello per un diodo ideale. La
linea in nero è quello della tensione sinusoidale entrante, quella rossa e blu sono
le Vu rispettivamente nel primo e nel secondo circuito dell’Alazatore di Livello.
Le unità sull’asse delle V e delle t sono arbitrarie.
9
i(t)
e(t)
R Vu
C
Figura 17: Carica e Scarica del condensatore.
attraverso il resistore, per poi caricarsi quando il diodo è in polarizzazione diretta
con la tensione del generatore.
5.2
Ponte di Diodi con R
Si è costruito il circuito in figura 20.
Si è misurata la Vu = VR ovvero la tensione ai capi del resistore e abbiamo
ottenuto il risultato in figura 21. Il ponte di diodi, nel circuito da costruito,
è quindi un raddrizzatore a doppia semionda, ovvero la tensione uscente è il
modulo di quella entrante.
5.3
Ponte di Diodi con R e C
Si è costruito il circuito in figura 23.
Si è misurata la tensione Vu = VC ovvero la tensione ai capi del condensatore
ottenendo il risultato in figura 24. La logica del circuito è uguale a quella del
circuito in figura 17 tranne che la tensione ai capi di R è il modulo della tensione
entrante ed essendo C in parallelo ad R il transitorio viene dimezzato rispetto al
caso precedente in quanto segue l’andamento del modulo di e(t) = VR anzichè
di quello della funzione e(t).
10
Figura 18: Carica e Scarica. Sul canale uno è stata visualizzata l’onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del
condensatore.
6
4
V
2
0
−2
−4
−6
0
2
4
6
8
10
t
Figura 19: Processo teorico di carica e scarica del condensatore. La funzione
nera è la tensione del generatore mentre quella rossa è la Vu ovvero la tensione
ai capi del condensatore.
11
i(t)
e(t)
ponte diodi
VR
R
Figura 20: Ponte di Diodi con R.
Figura 21: Ponte di Diodi con R. Sul canale uno è stata visualizzata l’onda
sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del resistore.
12
6
4
V
2
0
−2
−4
−6
0
2
4
6
8
10
t
Figura 22: Andamento teorico della tensione ai capi del resistore. La funzione
nera è la tensione del generatore mentre quella rossa è la Vu ovvero la tensione
ai capi del resistore.
i(t)
e(t)
ponte diodi
R VC
Figura 23: Ponte di Diodi con RC.
13
C
Figura 24: Ponte di Diodi con RC. Sul canale uno è stata visualizzata l’onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione Vu ai capi del
condensatore.
6
4
V
2
0
−2
−4
−6
0
2
4
6
8
10
t
Figura 25: Andamento teorico della tensione ai capi del capacitore. La funzione
nera è la tensione del generatore, quella rossa è la tensione ai capi del resistore
e quella blu è la Vu ai capi del capacitore.
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