Cos'è un diodo? Una guida chiara e pratica.
Cos'è un diodo? Un diodo è un piccolo componente elettronico che consente alla corrente elettrica di fluire principalmente in una direzione. Si può pensare a lui come a una valvola unidirezionale per l'elettricità. Questa caratteristica unica rende i diodi utili in molti circuiti.
1. Idea di base e funzionamento dei diodi
Un diodo ha due terminali: l'anodo e il catodo. Quando viene applicata una tensione positiva all'anodo e una tensione inferiore al catodo, il diodo conduce corrente. In caso di polarità inversa, blocca il passaggio di corrente.
Ciò accade perché un diodo contiene una giunzione PN. Un lato è drogato per avere elettroni extra (tipo N). L'altro lato è drogato per avere lacune extra (tipo P). Alla giunzione si forma una sottile regione di svuotamento. Questa regione crea una barriera che impedisce il passaggio della corrente, a meno che la tensione applicata non sia sufficientemente elevata da spingere i portatori di carica attraverso di essa.
2. Termini elettrici principali (riassunti)
- Tensione diretta (Vf): La caduta di tensione quando il diodo conduce (≈ 0,7 V per il silicio)
- Tensione di rottura inversa (Vbr): La tensione inversa alla quale il diodo inizia a condurre nella direzione inversa.
- Corrente continua massima (If): la corrente massima sicura che il diodo può sopportare.
- Corrente di dispersione inversa (Ir): Quando il diodo è polarizzato inversamente, scorre una piccola corrente.
Tipi comuni di diodi e loro funzioni
1. Diodo raddrizzatore:
Converte la corrente alternata in corrente continua. Puoi trovarlo in
2. Diodo a emissione luminosa
I LED emettono luce quando vengono attraversati da corrente. Sono utilizzati in display, indicatori e sistemi di illuminazione.
3. Diodo Zener
Progettato per funzionare in modalità di interruzione inversa sicura e utilizzato per la regolazione e la protezione della tensione.
4. Diodo Schottky
Progettato per funzionare in modalità di interruzione inversa sicura e utilizzato per la regolazione e la protezione della tensione.
5. Fotodiodo
Converte la luce in corrente elettrica ed è comunemente utilizzato nei circuiti di sintonizzazione delle radiofrequenze.
6. Diodo Varactor
Converte la luce in corrente elettrica ed è comunemente utilizzato nei circuiti di sintonizzazione delle radiofrequenze.
Applicazioni pratiche
- I caricabatterie e gli adattatori di corrente dei cellulari utilizzano diodi raddrizzatori per convertire la corrente alternata in corrente continua.
- I LED illuminano gli indicatori di stato e i display.
- I diodi Zener proteggono i componenti elettronici sensibili dai picchi di tensione.
- I diodi Schottky vengono utilizzati negli alimentatori a commutazione per aumentare l'efficienza.
- I fotodiodi si trovano nei telecomandi, nei misuratori di luce e nei ricevitori ottici.
Come si comportano i diodi su una curva IV?
Rappresentare graficamente la corrente in funzione della tensione. Nella regione di polarizzazione diretta, si osserva un aumento eccezionale della corrente non appena la tensione supera la soglia (Vf). Nella regione di polarizzazione inversa, la corrente è praticamente nulla fino al raggiungimento della tensione di rottura. Al punto di rottura, la corrente aumenta bruscamente, a meno che non sia limitata da un resistore o dalla progettazione del circuito.
Materiali e tendenze moderne
Il silicio è il materiale standard. Inizialmente è stato utilizzato il germanio per la sua minore caduta di tensione diretta, ma è meno stabile. L'arseniuro di gallio (GaAs) e il nitruro di gallio (GaN) svolgono funzioni specifiche: il GaAs per l'optoelettronica e le applicazioni ad alta frequenza; il GaN e il carburo di silicio (SiC) per la commutazione ad alta potenza ed efficienza. Questi materiali riducono le perdite e il riscaldamento nei sistemi di alimentazione.
Semplici circuiti che puoi provare.
- Indicatore LED: Diodo + resistenza in serie + batteria. Funziona come test visivo.
- Raddrizzatore a semionda: Un singolo diodo converte gli impulsi di corrente alternata in corrente continua pulsante.
- Raddrizzatore a ponte: Quattro diodi forniscono corrente continua raddrizzata a onda intera partendo dalla corrente alternata. Aggiungere un condensatore per livellare l'uscita.
Consigli per la sicurezza e la scelta
- Controllare la corrente diretta massima e la tensione inversa massima del circuito.
- Aggiungere una resistenza limitatrice di corrente ai LED.
- Quando si hanno correnti elevate, utilizzare dissipatori di calore o scegliere un diodo con una potenza nominale più elevata.
- Per le applicazioni di commutazione, adattare il tempo di recupero e la caduta di tensione diretta del diodo alla frequenza e alla tensione del circuito.
Elenco di controllo per la risoluzione rapida dei problemi
- Il diodo ha un circuito aperto in entrambe le direzioni: probabilmente è bruciato.
- Conduce in entrambe le direzioni: probabilmente è in cortocircuito.
- Tensione diretta elevata o nessuna luce in un LED: controllare la resistenza in serie o il cablaggio.
Riepilogo finale
Un diodo controlla la direzione della corrente elettrica. Questa semplice regola consente diverse applicazioni: rettifica, emissione luminosa, riferimento di tensione, rilevamento e regolazione. Se lavorate con l'elettronica, utilizzerete frequentemente i diodi. Sono piccoli, economici ed efficienti.
