Elettronica 1 2.Diodo: funzionamento e caratteristiche statiche

15.03.2010 LEZIONE 2 DIODI (1-15)

Il piu semplice e fondamentale elemento non lineare che si incontra e il diodo. Un diodo e un dispositivo a due terminali, collegamenti ad un circuito ma a differenza del resistore che presenta una relazione lineare (o proporzionale), tra la corrente che lo attraversa e la tensione ai suoi capi, il diodo e caratterizzato da una caratteristica di V non lineare. Un diodo e fondamentalmente una giunzione p-n che ai 2 giomi quadr. un cristallo di semiconduttore viene aggiunta una fetta di tipo n e una fetta di tipo p. La superficie AB che identifica il confine tra le due regioni si chiama giunzione del diodo. Il terminale connesso al semiconduttore drogato di tipo p si chiama anodo A mentre il terminale connesso al semiconduttore drogato di tipo m si chiama catodo K.

LA REGIONE DI POLARIZZAZIONE DIRETTA

Applichiamo un potenziale V_D all'anodo A positivo rispetto al potenziale presente al catodo K. Si muove un progressivo non lineare delle cariche verso il catodo se il diodo si dice in polarizzazione diretta:

Si dimostra che un’elevazione approssimativa avremo l’espressione della corrente I_D che attraversa il diodo. I_D = I_S ( e^V_D/ηV_T - 1 )

dove η (eta) è un fattore costante che dipende dal tipo di materiale con cui è stato realizzato il diodo, per esempio, per un diodo a giunzioni η = 1 per un diodo di silicio discreto vale η = 2, mentre per un diodo di germanio integrato vale η = 1.

2.1

L’andamento della corrente I_D in funzione della tensione V_D >> η è costituita dal diode del piano i-v

Nell’espressione della corrente I_D, V_T si chiama TENSIONE TERMICA ed è definito come una relazione proporzionale alla temperatura:

V_T = ^kT / _q analogamente K è la costante di Boltzmann, T la temperatura in gradi Kelvin e q è la carica elettrica dell’elettrone. Alla temperatura di 300° K si ha: V_T ≈ 26 mV

Il termine I_S si chiama CORRENTE DI SATURAZIONE INVERSA e risulta dipendere dalla zona A del giunzione del diodo e dalla temperatura. Per considerazioni non esatte, se l’area maggiore e la concentrazione di potenziale mobile si risolvono ogni decina gradi di temperatura. Da conside di soluzioni inversa dipende pure della concentrazioni ioni drograto.

Se risulta V_D >> ηV_T l’espressione della corrente I_D si può approssimare in questo modo:

I_D = I_S e^{V_D / ηV_T}

Riducendo il limite tern(?), vale sempre che l’espressione in un’amplificazione relazione piu’ dove obiettivo sta in una forma logaritmica: V_D = ηV_T ln^I_D / _IS

L’andamento proporzionale della corrente I_D con la tensione V_D si mantiene per diverse decadi. In variazione della corrente, di piu’ di decadi. All’aumento decadic di valori della corrente I, il diodo guarda la relazione ternio corrente che costituisce un diodo amplificato. Questo decresce che queste variazioni della tensione si carpi del diodo si basse perciò relazione stabile con la saturazione.

Si osservi che quando il diodo lavora nella regione di breakdown si comporta essenzialmente da un generatore ideale di tensione V = V_Z

v = V_ZK

v = -V_ZK

Ragion per cui i diodi che lavorano nella zona di breakdown vengono impiegati per realizzare generatori stabilizzati di tensione. I diodi realizzati apposta per lavorare nella regione di breakdown si chiamano DIODI ZENER. Il simbolo associato al diodo zener è:

Facciamo riferimento alle caratteristiche del diodo. In polarizzazione diretta, il diodo comincia a condurre alle tensioni di 0,7 V (la corrente cresce in modo esponenziale). In un diodo progettato per questo la corrente rimane comunque limitata.

I_max = 100 mA

P_max = 0,25 W

Il diodo è in polarizzazione diretta e di non equi ci sarà una tensione V_D = 0,7 V

Sappiamo che entrambi i diodi sono in polarizzazione diretta:

D₁ ON D₂ ON

Dato che le tensioni in gioco in modulo sono molto più grandi rispetto a 0,7 V, possiamo utilizzare per entrambi i diodi il MODELLO Z. Quindi i diodi in polarizzazione diretta sono equivalenti:

Quindi si ha che:

I_D2 = ^{0 - V_B2}⁄_R2 = ^{0 - (-10V)}⁄_{5 kΩ} = 2 mA

I_R1 = ^{V_B1 - 0}⁄_R1 = ^15V⁄_{10 kΩ} = 1,5 mA

I_R1 = I_D1 + I_D2 → I_D1 = I_R1 - I_D2 = 0,5 mA

Dato che I_D2 è una corrente positiva allora il diodo D₂ è sicuramente in polarizzazione diretta. Lo stesso discorso non vale per il diodo D₁ infatti qui non stiamo trovando una corrente negativa e ciò vuol dire che esso si trova in polarizzazione inversa.

D₁ CUT OFF D₂ ON

Pertanto D₁ è un circuito aperto e D₂ è un cortocircuito