Elettronica Indice

Elettronica
Indice
Materiali semiconduttori!
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Il diodo!
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• Tipi di diodi!
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• Applicazioni del diodo!
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• Circuiti di raddrizzamento!
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• Raddrizzatore ad una semionda!
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• Raddrizzatore a due semonde (ponte di Graetz) (formulario tecnico pg. 120)!
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• Tabella riassuntiva dei circuiti di raddrizzamento!
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• Limitazione di tensione (diac)!
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• Protezione da arco voltaico o scintilla (diodo o varistor)!
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• Diodi luminescenti (LED)!
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• Regolazione di corrente (tiristor)!
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• Regolazione di corrente (triac)!
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Dipendenza della resistenza dalla temperatura (formulario tecnico pg.125)!
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• Confronto tra termistori e conduttori a freddo!
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• Applicazioni!
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Dipendenza della resistenza da tensione, campo magnetico, luce e pressione !
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Transistor!
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• Effetto transistor!
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• Caratteristica di uscita del transistor!
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• Transistor come amplificatore!
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• Potenza dissipata dal transistor:!
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• Transistor come interruttore!
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• Transistor come amplificatore - regolatore!
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Materiali semiconduttori
I semiconduttori sono dei solidi cristallini la cui conducibilità elettrica è compresa tra quella dei materiali
conduttori e quella dei materiali isolanti. Nei materiali semiconduttori la resistenza diminuisce
nettamente con l'aumentare della temperatura. Nella costruzione di elementi a semiconduttore quali i
diodi, diodi Zener, transistor, ecc... vengono impiegati il silicio (Si) e il germanio (Ge).
Il diodo
Il diodo è costituito da un semiconduttore "P" (drogato con indio o boro) in stretto contatto con un
semiconduttore di tipo "N" (drogato con arsenico o fosforo). Questa unione prende il nome di "giunzione
PN" e più comunemente chiamata diodo.
La corrente diretta fluisce verso l'utilizzatore quando
la tensione ai capi del diodo è positiva (vale a dire tra
anodo e catodo). Il diodo essendo un interruttore
elettronico, non conduce istantaneamente la corrente
elettrica, ma necessita di una tensione di soglia che
dipende dal materiale di cui è costituito.
Per i diodi al silicio la tensione di soglia è compresa
tra 0.6 - 0.9 V mentre per i diodi al germanio, più
sensibili alla temperatura, la tensione di soglia è più
bassa, compresa tra 0.2 - 0.4 V.
Tipi di diodi
Applicazioni del diodo
Circuiti di raddrizzamento
Una delle principali applicazioni dei diodi è rappresentata nel loro impiego nei circuiti di raddrizzamento. Lo
scopo è trasformare la corrente alternata in corrente continua in modo da poter evitare l'utilizzo di
generatori di tensione continua come batterie, ecc...
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Raddrizzatore ad una semionda
➯ semionda positiva: il diodo conduce dunque U₃ = U₂
➯ semonda negativa: il diodo blocca dunque U₃ = 0
Raddrizzatore a due semonde (ponte di Graetz) (formulario tecnico pg. 120)
È il circuito più utilizzato perchè permette di
avere una tensione di uscita maggiore per
rapporto al circuito di raddrizzamento ad
una semionda. Questo circuito permette di
ribaltare la semonda negativa. Il valore
medio della tensione continua viene
raddoppiato per rapporto al circuito ad una
semionda.
➯ semionda positiva: i diodi V₁ e V₃ conducono mentre i
i diodi V₂ e V₄ sono bloccati
➯ semonda negativa: i diodi V₂ e V₄ conducono mentre i
i diodi V₁ e V₃ sono bloccati
Applicazioni:
● radio
● telefonia mobile e fissa
● elettrodomestici ● giocattoli elettrici
Tabella riassuntiva dei circuiti di raddrizzamento
Limitazione di tensione (diac)
I diodi vengono frequentemente utilizzati anche
come circuiti di limitazione di tensione come per
esempio protettori di strumenti di misura
sensibili, amplificatori, ecc... questo viene fatto
tramite il diodo diac (2 diodi in antiparallelo).
Protezione da arco voltaico o scintilla (diodo o varistor)
Durante la fase di apertura di un circuito composta da bobine
percorse da corrente continua, si ha una rapida diminuzione
della corrente e di conseguenza di ha una diminuzione del
campo magnetico prodotto dalla bobina. Questa variazione crea
ai capi della bobina una tensione indotta di senso contrario a
quella applicata. questa tensione elevata crea fra i contatti
dell'interruttore una scintilla che può diventare a volte un arco
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voltaico. Per evitare questo si inserisce in
antiparallelo alla bobina un diodo o altri
elementi che cortocircuitano la tensione di
autoinduzione che si crea al disinserimento.
Diodi luminescenti (LED)
Sono costituiti da arseniuro di gallio, da
fosfuro di gallio o da fosfuro-arseniuro di
gallio. Vengono collegati in serie ad una
resistenza e polarizzati in senso diretto. La
potenza di irraggiamento di un LED è quasi
proporzionale alla corrente di conduzione
che può raggiungere alcuni mA.
Se si sistemano in un'apparecchiatura, ad
esempio un LED ed una pila fotovoltaica, si
ottiene un accoppiatore ottico (optoplex). Il
valore della tensione prodotta dalla luce
varia in relazione alla corrente di conduzione
del LED.
Regolazione di corrente (tiristor)
Il tiristor (diodo comandato) è un
elemento che permette la regolazione
della corrente elettrica. Esso conduce
solo dopo l'applicazione di un impulso
elettrico sul gate. Modificando il
momento di impulso si modifica
l'intensità attraverso l'apparecchio e di
conseguenza la sua potenza. Oggi è
molto utilizzato per la regolazione
dell'illuminazione e della potenza/velocità
delle macchine elettriche.
Regolazione di corrente (triac)
Il triac è composto da due tiristor in
antiparallelo così da poter lavorare in
corrente alternata.
Dipendenza della resistenza dalla temperatura (formulario tecnico pg.125)
La resistenza di un filo cresce con l'aumentare della temperatura. Il calore è movimento di atomi, quanto è
più calda è una sostanza, tanto più forte si muovono gli atomi, cioè oscillano più velocemente attorno alla
loro posizione nel reticolo del cristallo; cresce quindi la possibilità di urto degli elettroni liberi con gli ioni
atomici o con i loro elettroni fissi e di conseguenza cresce l'ostacolo degli elettroni e con esso la resistenza.
Oltre ai metalli anche altre materie si comportano in questo modo. siccome esse al freddo conducono
meglio l'elettricità che al caldo, si chiamano conduttori a freddo o PTC (PositivTemperatureCoefficient).
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Il coefficiente di temperatura è la
variazione di un conduttore di 1 Ω
dovuta alla variazione di temperatura
di 1K.
Se si raggruppano le 3 grandezze si
ottiene:
la variazione di resistenza è tanto più
grande quanto...
● ... più grande è la resistenza
● ... più grande è la variazione di T
● ... più grande è il coefficiente di T
Ci sono altre sostanze (ad esempio
miscele di ossidi di cobalto, ferro,
manganese, titanio, ecc...) per le quali
succede esattamente il contrario, la loro resistenza diminuisce all'aumentare della temperatura. Tali
sostanze sono chiamate termistori.
Confronto tra termistori e conduttori a freddo
Conduttori a freddo
● conducono meglio a bassa temperatura
● hanno coefficienti di temperatura positivi
● si chiamano resistenze PTC
Termistori
● conducono meglio ad alta temperatura
● hanno coefficienti di temperatura negativi
● si chiamano anche NTC
Applicazioni
Sensori di misurazione della temperatura (casa, auto, sistemi antincendio, termostati, ecc...)
Dipendenza della resistenza da tensione, campo magnetico, luce e pressione
Si producono anche resistenze che reagiscono in modo particolare alla tensione, al campo magnetico, alla
luce o alla pressione e variano così il loro valore.
I resistori dipendenti dalla tensione sono chiamati varistor o VDR,
il valore di resistenza cala a tensione crescente. Grande tensione ➯
piccola resistenza
Si utilizzano ad esempio come spegniarco, protezione contro
sovvratensioni, stabilizzazione della corrente, ecc...
I resistori dipendenti da un campo magnetico sono chiamati
magnetoresistenze, il valore di resistenza aumenta a induzione
magnetica crescente. Grande induzione magnetica ➯ grande
resistenza
Le magnetoresistenze vengono utilizzate per interruttori senza contatto
e per la misurazione di campi magnetici.
I resistori dipendenti dalla luce sono chiamati fotoresistori o
LDR. Il valore di resistenza cala a luce crescente. Grande intensità
di luce ➯ piccola resistenza.
Questi resistori vengono utilizzati per relè fotoelettrici e fotometri
(lampioni, lampade da giardino, fotocamere, ecc...)
Il valore della resistenza in resistori dipendenti dalla pressione
aumenta a pressione crescente. Grande pressione ➯ grande
resistenza.
I resistori dipendenti dalla pressione vengono utilizzati per bilance
elettroniche, sistema rilevamento pesi (elicotteri, ascensori, ecc...)
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Transistor
Il transistor è un elemento formato da 2 semiconduttori dello stesso tipo, in mezzo ai quali si trova un
semiconduttore del tipo opposto. I 3 elettrodi si chiamano:
emettore (E)
base (B)
collettore (C)
Il transistor NPN è quello
maggiormente impiegato
Effetto transistor
Un transistor conduce solamente quando la tensione sulla base (UBE) supera
la tensione di soglia, ovvero 0.6 - 0.7 V. Ciò determina una corrente Ic
attraverso il transistor, la quale è moto superiore alla corrente di base IB. Con
questo effetto è possibile comandare mediante una piccola corrente IB una
corrente Ic molto più elevata (amplificazione del segnale).
PARAGONE MECCANICO ➱
Il rapporto di amplificazione di corrente viene calcolato: β = IC / IB
La corrente dell'emettore si calcola: IE = IC + IB
Caratteristica di uscita del transistor
La caratteristica d'uscita del transistor descrive la relazione tra la
tensione del emettore UCE e la corrente I per diversi valori di IB.
Transistor come amplificatore
Potenza dissipata dal transistor:
Transistor come interruttore
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Transistor come amplificatore - regolatore
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