Appunti di Elettronica generale - Parte VI

Appunti Elettronica Generale: Libro

Circuiti per la Microelettronica di Sedra

Smith

Parte VI

Comportamento in polarizzazione diretta

i_s exp(v/V_T)

Fintanto che la tensione ai capi del diodo risulti essere vicina alla tensione termica V_T, la corrente risulta essere ancora tranquillamente vicina ai suoi valori del tutto "di I-S", per avere una corrente significativa gia il raggiungimento delle decine di mV e l'esponenziale sono dell'ordine del 10⁹ x poter ottenere una corrente apprezzabile. Si e osservato che passati una tensione V_Y e [0,5 - 0,6] V con v > V_Y affinche nel diodo circol i una corrente significativa, la quale risulta aumentare rapidamente (v > V_Y).

Domanda: Di quanto deve aumentare v per moltiplicare la corrente di un fattore 10?

i₁ = I_S exp(v₁/V_T)

i₂ = I_S exp(v₂/V_T)

i₂/i₁ = 10 x

=> v₂ - v₁ = V_T ln 10 ~= 23 V_T ~= 60 mV per T = 300 K.

In generale, quindi, basta un incremento di tensione di soli 60 mV per produrre un aumento di corrente di un ordine di grandezza, di un fattore 10.

Per evitare dissipazione di potenza, causata da corrente elevata, la corrente del diodo si mantiene bassa. Di fatto la caduta di tensione ai capi del diodo non sara mai piu grande di 0,8V. Si tiene conto che in un diodo in polarizzazione diretta ha una caduta di tensione compresa tra 0,6 - 0,8V, e si assume come caduta 0,7V.

Non occorre per l'incremento di tensione progressivo.

BREAKDOWN.

E un effetto che si verifica in polarizzazione inversa (VZ o), nella pratica accade che se aumento in valore assoluto la tensione negativa ai bordi del diodo (cioe il suo simbolo assume ai suoi due sul grafico) essa sempre piu piccoli, ne assorbe che il diodo non riesce piu mantenere/assorbire la funzione di circuito aperto. Superato un certo valore VZ, la giunzione inizia a condurre un grosso valore di corrente, che aumenta all'aumentare del valore assoluto della tensione applicata.

EFFETTO ROTTURA o BREAKDOWN.

• Rottura non del diodo ma della caratt. del diodo che il suo comportamento di soglia;

Tale effetto risulta reversibile nel momento in cui la corrente e limitata da un circuito esterno che risulta essere in grado di sopportare correnti molto grandi. In alcuni casi questo fenomeno e voluto - EFFETTO ZENER

VZ = Tensione di breakdown

I diodi progettati per un assegnato valore di VZ sono detti diodi Zener.

Motivazioni fisiche dell'effetto breakdown.

Tale fenomeno dipende da due effetti fisici:

1. Effetto valanga o moltiplicazione a valanga che nasce quando gli elettroni, tendendo ad acquistare un'energia cinetica o meglio una velocita' abbastanza elevata, con la quale gli elettroni possono andare ad ionizzare con urti del reticolo, nel momento della collisione tra si due atomi fortunendo altri elettroni nuovamente accelerati dalla presenza del campo elettrico esterno, iniziano altri atomi del reticolo e cosi via. Si dire che generano un effetto di moltiplicazione a valanga dei portatori, cioe' una corrente elevata perche' la sono tantissimi portatori liberi. Tale effetto si ha con un campo elettrico molto elevato, si ha quando VZ > 7V. Se VZ < 7V si ha un altro effetto quello zener propri, quello a valanga.

2) Essere zener legato ad effetto quantistico detto tunnel, che nasce dal fatto che l'elettrone e un quanto non ha particella che attraversa una barriera di potenziale (per essi ritengo rapido) vedro' dunque l'elettrone prima e poi la barriera ma non al suo interno. Quando la regione di carica spaziale tende ad essere piccola ne viene fuori il passaggio degli elettroni da un lato all'altra x effetto tunnel.

Schema riassuntivo

Diretta

corrente inversa

anodo

catodo

3.B

caso stazionario -> transistor estina

assoluto analizzare

ANALISI DEI CIRCUITI A DIODI

PRIMO CIRCUITO

R

Punto di lavoro o punto di funzionamento (V_D, I_D)

1) ANALISI ESATTA

V_DD = V_R + V_D    legge di Kirchhoff

V_DD = I_DR + V_D

V_DD = R I_S(e^V_D/V_T - 1) + V_D

• EQ TRASCENDENTE
• SOLUZIONE DATA DA UN CALCOLATORE

2) ANALISI GRAFICA

I_D = I_S(e^V_D/V_T - 1)

V_DD = R I_D + V_D

SISTEMA TRA EQ. CARAT DEL DIODO E L'EQ CHE DESCRIVE IL COMPORTAMENTO DEL CIRCUITO

Alla curva caratteristica del componente sovrapponiamo un vincolo dato dalla legge di Kirchhoff, la cui intersezione risulta essere la soluzione = punto di lavoro.

MODELLI APPROSSIMATI: CHE PERMETTONO RAPIDAMENTE DI CALCOLARE IL RITMO DI LAVORO DEL CIRCUITO.

1) MODELLO DIODO IDEALE.

ANODO

CATODO

POLARIZZAZIONE INVERSA

POLARIZZAZIONE DIRETTA

POL. INVERSA.

POL. DIRETTA.

v < 0 => i = 0

i > 0 => v = 0

INTERRUTTORE IDEALE APERTO.

INTERRUTTORE IDEALE CHIUSO.

i = 0

SE IL CIRCUITO IMPONE AL DIODO UNA TENSIONE NEGATIVA v < 0 (VERIFICA)

v = 0

SE IL CIRCUITO PORTA NEL DIODO UNA CORRENTE i > 0 (VERIFICA)

SONO SCELTE NON REALI, BISOGNA STARE ATTENTI AL VALORI DELLE GRANDEZZE FISICHE.

ES. VDD = 10V R = 10K OHM

HA CHE IL DIODO SIA POLARIZZATO DIRETTAMENTE (QSE. LA CORRENTE ENTRA ANODO AL CATODO)

=> V_D = 0

I_D = VDD / R = 1mA > 0 QK HA IL FUNZIONAMENTO CORRENTE.

2) MODELLO A CADUTA COSTANTE.

SE CONSIDERIAMO CHE LA TENSIONE AI CAPI DEL DIODO IN POLARIZZAZIONE DIRETTA ASSUME VALORI COMPRESI TRA 0,6 E 0,8, SCEGLIEREMO V_D = 0,7, IL DIODO POSSIEDE COMUNQUE UNA CORRENTE POSITIVA.

IL DIODO SI COMPORTA COME CIRCUITO CHIUSO CON UNA TENSIONE COSTANTE.

IN POLARIZZAZIONE INVERSA, i = 0 SE v < V_D = 0,7