Concetti Chiave
- Il diodo è un componente passivo a due terminali che consente il flusso di corrente in una sola direzione, grazie alla sua struttura a giunzione PN formata da silicio drogato.
- La giunzione PN è composta da una parte positiva (P) e una parte negativa (N), dove gli elettroni della parte N tendono a muoversi verso la parte P, creando una corrente di diffusione.
- Il diodo presenta due modalità di funzionamento: polarizzazione diretta, che consente il passaggio di corrente, e polarizzazione inversa, che blocca il flusso di corrente, tranne in condizioni di corrente di saturazione molto debole.
- Esistono diversi tipi di diodi con applicazioni specifiche, come il diodo LED che emette luce, il diodo Zener che può condurre anche in polarizzazione inversa, e altri come il diodo Schottky e il fotodiodo.
- La curva caratteristica del diodo illustra graficamente il comportamento del diodo in relazione alla corrente e alla tensione, evidenziando le condizioni di polarizzazione diretta e inversa.
Funzionamento del diodo
Il diodo è un componente passivo, ovvero non introduce energia nel circuito e non necessita di un’alimentazione esterna in aggiunta al segnale di ingresso, a due terminali (bipolo), che permette il flusso di corrente elettrica dall’anodo (A) al catodo (K) e di bloccarla nel caso in cui passasse in direzione opposta, si bloccherebbe.
È costituito da una materiale semiconduttore, ovvero il silicio drogato, poiché il silicio puro non avrebbe elettroni liberi, mentre grazie a questo processo la capacità di un semiconduttore di condurre corrente elettrica viene aumentata, quindi all’interno del cristallino del silicio sono state aggiunte piccole percentuali di atomi.
Giunzione PN e corrente di diffusione
Gli atomi aggiunti all’interno del cristallino sono definiti “atomi donatori”, atomi che cedono elettroni al reticolo cristallino. A causa di questo processo il diodo viene suddiviso in due parti: una parte è caricata positivamente, poiché contiene un eccesso di lacune (P), l’altra viene caricata negativamente poiché contiene un eccesso di elettroni (N), chiamatasi “giunzione PN”
La parte negativa (N), avendo un eccesso di elettroni, tenderà a cederli alla parte positiva (P) del diodo, perciò la zona di confine della parte “P” viene leggermente caricata negativamente e la zona di confine della parte “N” viene leggermente caricata positivamente. Per bilanciare queste due parti interverrà la corrente di diffusione.
Zona di svuotamento e potenziale di barriera
Nel diodo è presente una zona di svuotamento, nella quale si forma un campo elettrico che va dal catodo all’anodo, ciò causa la formazione della corrente di deriva.
In presenza di un campo elettrico, si creerà un potenziale elettrico ed un potenziale di barriera. Il potenziale di barriera si forma quando il campo elettrico si oppone al passaggio di elettroni dalla parte N alla parte P.
Polarizzazione diretta e inversa
Applicando al diodo una differenza di potenziale, mediante una pila, si riscontrano due comportamenti differenti, a seconda di come vengono applicate le polarità della pila.
Il diodo è polarizzato direttamente quando il polo positivo della pila è collegato con
la parte P e la parte N è collegata con il polo negativo della pila.
In questo caso la barriera d potenziale viene ridotta o annullata dal campo esterno, per cui le lacune migrano verso la parte n e gli elettroni migrano verso il polo positivo.
L’intensità del circuito dipende quindi dal valore della differenza di potenziale applicata alla pila.
La polarizzazione inversa avviene quando il polo positivo della pila è collegato con la
parte N del diodo ed il polo negativo della pila è collegato con la parte P.
Gli elettroni e le lacune vengono attratti dai due terminali del diodo, facendo allargare la zona di svuotamento, per cui viene bloccato ogni flusso di elettroni dal tipo N al tipo P e di lacune dal tipo P al tipo N. Bloccati i portatori di maggioranza, quelli prodotti dal drogaggio, la corrente elettrica è affidata al flusso dei portatori di minoranza, cioè agli elettroni ed alle lacune prodotti dall’agitazione termica, i quali, sollecitati dal campo esterno, danno luogo ad una corrente estremamente debole.
Tipi di diodi
Esistono vari tipi di diodi, a seconda degli usi:
- Diodo generico
- Diodo Schottky
- Diodo tunnel
- Fotodiodo
- Diodo Led: è un diodo che emette luce, con lo stesso funzionamento del diodo al silicio e contenente anch’esso una giunzione PN. Viene restituita energia sotto forma di calore. A seconda del materiale usato, la luce assume colori differenti, questo fenomeno è definito “elettroluminescenza”.
- Diodo Zener: il diodo zener può condurre corrente sia se polarizzato direttamente, come un normale diodo, sia se polarizzato inversamente.
Conduce corrente anche se polarizzato inversamente a condizione che venga superata la tensione di soglia o zener.
Curva caratteristica del diodo
La curva caratteristica del diodo rappresenta graficamente l’andamento della corrente al variare della tensione fra anodo e catodo.
Quando la tensione assume valori positivi significa che il diodo è polarizzato direttamente. I valori compresi tra 0 e la tensione di soglia, (V gamma), sono valori trascurabili.
Quando la tensione assume valori negativi, significa che il diodo è stato polarizzato inversamente. In questo caso significa che la corrente di saturazione.
Domande da interrogazione
- Qual è la funzione principale di un diodo nel circuito elettrico?
- Cosa rappresenta la giunzione PN in un diodo?
- Qual è il ruolo della zona di svuotamento nel funzionamento del diodo?
- Come si comporta un diodo in polarizzazione diretta rispetto alla polarizzazione inversa?
- Quali sono alcuni tipi di diodi e le loro caratteristiche distintive?
Il diodo permette il flusso di corrente elettrica dall'anodo (A) al catodo (K) e blocca il flusso in direzione opposta, senza necessitare di un'alimentazione esterna (come indicato nel testo).
La giunzione PN è formata da due parti: una caricata positivamente (P) con un eccesso di lacune e una caricata negativamente (N) con un eccesso di elettroni, creando un equilibrio attraverso la corrente di diffusione (come descritto nel testo).
La zona di svuotamento genera un campo elettrico che va dal catodo all'anodo, creando un potenziale di barriera che ostacola il passaggio di elettroni dalla parte N alla parte P (secondo quanto spiegato nel testo).
In polarizzazione diretta, il diodo consente il flusso di corrente, mentre in polarizzazione inversa, blocca il flusso di corrente, permettendo solo una corrente molto debole di portatori di minoranza (come evidenziato nel testo).
Esistono vari tipi di diodi, tra cui il diodo generico, il diodo Schottky, il fotodiodo e il diodo Zener, ognuno con specifiche funzioni, come l'emissione di luce nel caso del diodo LED e la conduzione in polarizzazione inversa per il diodo Zener (come menzionato nel testo).
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