Cos'è un diodo?

Un diodo è un componente elettronico a due terminali, limita il flusso corrente in una direzione e le permette di fluire liberamente nella direzione opposta. Ha molti usi nei circuiti elettronici e può essere utilizzato per costruire raddrizzatori, inverter e generatori.

In questo articolo, prenderemo sguardo cos'è un diodo e come funziona Vedremo anche alcuni dei suoi usi comuni nei circuiti elettronici. Quindi iniziamo!

Come funziona un diodo?

Un diodo è un dispositivo elettronico che permette la corrente deve fluire in una direzione. Di solito si trovano nei circuiti elettrici. Funzionano sulla base del materiale semiconduttore da cui sono realizzati, che può essere di tipo N o di tipo P. Se il diodo è di tipo N, passerà corrente solo quando la tensione viene applicata nella stessa direzione della freccia del diodo, mentre i diodi di tipo P passeranno corrente solo quando la tensione viene applicata nella direzione opposta della sua freccia.

Il materiale semiconduttore consente alla corrente di fluire, creandozona di svuotamento', questa è la regione in cui gli elettroni sono proibiti. Dopo l'applicazione della tensione, la zona di esaurimento raggiunge entrambe le estremità del diodo e consente alla corrente di attraversarlo. Questo processo si chiama "pregiudizio in avanti'.

Se la tensione è applicata a al contrario materiale semiconduttore, polarizzazione inversa. Ciò farà sì che la zona di esaurimento si estenda solo da un'estremità del terminale e interrompa il flusso di corrente. Questo perché se la tensione fosse applicata lungo lo stesso percorso della freccia su un semiconduttore di tipo P, il semiconduttore di tipo P si comporterebbe come un tipo N perché consentirebbe agli elettroni di muoversi nella direzione opposta della sua freccia.

Flusso di corrente del diodo

A cosa servono i diodi?

I diodi sono usati per convertire corrente continua a corrente alternata, bloccando la conduzione inversa delle cariche elettriche. Questo componente principale si trova anche nei dimmer, nei motori elettrici e nei pannelli solari.

I diodi sono usati nei computer per protezione componenti elettronici del computer da danni dovuti a sbalzi di tensione. Riducono o bloccano la tensione in eccesso rispetto a quella richiesta dalla macchina. Riduce anche il consumo energetico del computer, risparmiando energia e riducendo il calore generato all'interno del dispositivo. I diodi sono utilizzati in apparecchi di fascia alta come forni, lavastoviglie, forni a microonde e lavatrici. Sono utilizzati in questi dispositivi per proteggersi da повреждение a causa di sbalzi di tensione causati da interruzioni di corrente.

Applicazione dei diodi

• correzione
• Come un interruttore
• Circuito di isolamento della sorgente
• Come tensione di riferimento
• Mixer di frequenza
• Protezione da corrente inversa
• Protezione da inversione di polarità
• Protezione contro le sovratensioni
• Rivelatore di inviluppo AM o demodulatore (rivelatore a diodi)
• Come una fonte di luce
• Nel circuito del sensore di temperatura positivo
• Nel circuito del sensore di luce
• Batteria solare o batteria fotovoltaica
• Come un tagliacapelli
• Come un fermo

Storia del diodo

La parola "diodo" deriva da Greco la parola "diodous" o "diodos". Lo scopo di un diodo è consentire all'elettricità di fluire in una sola direzione. Un diodo può anche essere chiamato valvola elettronica.

È stato trovato Enrico Giuseppe Tondo attraverso i suoi esperimenti con l'elettricità nel 1884. Questi esperimenti sono stati condotti utilizzando un tubo di vetro sottovuoto, all'interno del quale vi erano elettrodi metallici ad entrambe le estremità. Il catodo ha una piastra con carica positiva e l'anodo ha una piastra con carica negativa. Quando la corrente passava attraverso il tubo, si accendeva, indicando che l'energia scorreva attraverso il circuito.

Chi ha inventato il diodo

Sebbene il primo diodo a semiconduttore sia stato inventato nel 1906 da John A. Fleming, è attribuito a William Henry Price e Arthur Schuster per aver inventato in modo indipendente il dispositivo nel 1907.

William Henry Prece e Arthur Schuster

Tipi di diodi

• Diodo di piccolo segnale
• Grande diodo di segnale
• Stabilitron
• diodo a emissione di luce (LED)
• Diodi CC
• Diodo Schottky
• Diodo Shockley
• Diodi di recupero a gradini
• diodo a tunnel
• Diodo varactor
• diodo laser
• Diodo di soppressione dei transitori
• Diodi drogati con oro
• Diodi super barriera
• Diodo Peltier
• diodo a cristallo
• Diodo a valanga
• Raddrizzatore controllato al silicio
• Diodi a vuoto
• PIN-diodo
• punto di contatto
• Diodo Hanna

Diodo di piccolo segnale

Un piccolo diodo di segnale è un dispositivo a semiconduttore con capacità di commutazione rapida e bassa caduta di tensione di conduzione. Fornisce un elevato grado di protezione contro i danni dovuti a scariche elettrostatiche.

Grande diodo di segnale

Un diodo di segnale grande è un tipo di diodo che trasmette segnali a un livello di potenza superiore rispetto a un diodo di segnale piccolo. Un diodo di segnale di grandi dimensioni viene in genere utilizzato per convertire CA in CC. Un grande diodo di segnale trasmetterà il segnale senza perdita di potenza ed è più economico di un condensatore elettrolitico.

Un condensatore di disaccoppiamento viene spesso utilizzato in combinazione con un grande diodo di segnale. L'uso di questo dispositivo influisce sul tempo di risposta ai transitori del circuito. Il condensatore di disaccoppiamento aiuta a limitare le fluttuazioni di tensione causate dai cambiamenti di impedenza.

Stabilitron

Un diodo Zener è un tipo speciale che condurrà l'elettricità solo nell'area direttamente sotto la caduta di tensione diretta. Ciò significa che quando un terminale di un diodo zener è eccitato, consente alla corrente di spostarsi dall'altro terminale al terminale eccitato. È importante che questo dispositivo sia utilizzato correttamente e sia collegato a terra, altrimenti potrebbe danneggiare permanentemente il circuito. È anche importante che questo dispositivo venga utilizzato all'aperto, poiché non funzionerà se posto in un'atmosfera umida.

Quando viene applicata una corrente sufficiente al diodo zener, si crea una caduta di tensione. Se questa tensione raggiunge o supera la tensione di rottura della macchina, consente alla corrente di fluire da un terminale.

diodo a emissione di luce (LED)

Un diodo a emissione luminosa (LED) è costituito da un materiale semiconduttore che emette luce quando viene attraversato da una quantità sufficiente di corrente elettrica. Una delle proprietà più importanti dei LED è che convertono l'energia elettrica in energia ottica in modo molto efficiente. I LED sono anche usati come indicatori luminosi per indicare bersagli su dispositivi elettronici come computer, orologi, radio, televisori e così via.

Il LED è un ottimo esempio dello sviluppo della tecnologia dei microchip e ha consentito cambiamenti significativi nel campo dell'illuminazione. I LED utilizzano almeno due strati semiconduttori per generare luce, una giunzione pn per generare portatori (elettroni e lacune), che vengono poi inviati ai lati opposti di uno strato "barriera" che cattura le lacune su un lato e gli elettroni sull'altro. . L'energia dei portatori intrappolati si ricombina in una "risonanza" nota come elettroluminescenza.

Il LED è considerato un tipo di illuminazione efficiente perché emette poco calore insieme alla sua luce. Ha una durata maggiore rispetto alle lampade a incandescenza, che possono durare fino a 60 volte di più, hanno una maggiore resa luminosa ed emettono meno emissioni tossiche rispetto alle tradizionali lampade fluorescenti.

Il più grande vantaggio dei LED è il fatto che richiedono pochissima energia per funzionare, a seconda del tipo di LED. Ora è possibile utilizzare i LED con alimentatori che vanno dalle celle solari alle batterie e persino corrente alternata (CA).

Esistono molti tipi diversi di LED e sono disponibili in una varietà di colori tra cui rosso, arancione, giallo, verde, blu, bianco e altro ancora. Oggi i LED sono disponibili con un flusso luminoso da 10 a 100 lumen per watt (lm/W), che è quasi lo stesso delle sorgenti luminose convenzionali.

Diodi CC

Un diodo a corrente costante, o CCD, è un tipo di diodo regolatore di tensione per alimentatori. La funzione principale del CCD è ridurre le perdite di potenza in uscita e migliorare la stabilizzazione della tensione riducendone le fluttuazioni quando il carico cambia. Il CCD può essere utilizzato anche per regolare i livelli di alimentazione CC in ingresso e per controllare i livelli CC sui binari di uscita.

Diodo Schottky

I diodi Schottky sono anche chiamati diodi portatori caldi.

Il diodo Schottky è stato inventato dal Dr. Walter Schottky nel 1926. L'invenzione del diodo Schottky ci ha permesso di utilizzare i LED (diodi emettitori di luce) come fonti di segnale affidabili.

Il diodo ha un effetto molto benefico se utilizzato nei circuiti ad alta frequenza. Il diodo Schottky è costituito principalmente da tre componenti; P, N e giunzione metallo-semiconduttore. Il design di questo dispositivo è tale da formare una transizione netta all'interno del semiconduttore solido. Ciò consente ai vettori di passare dal semiconduttore al metallo. A sua volta, questo aiuta a ridurre la tensione diretta, che a sua volta riduce le perdite di potenza e aumenta la velocità di commutazione dei dispositivi che utilizzano diodi Schottky con un margine molto ampio.

Diodo Shockley

Il diodo Shockley è un dispositivo a semiconduttore con una disposizione asimmetrica degli elettrodi. Il diodo condurrà corrente in una direzione e molto meno se la polarità è invertita. Se una tensione esterna viene mantenuta attraverso il diodo Shockley, allora gradualmente si polarizzerà in avanti all'aumentare della tensione applicata, fino a un punto chiamato "tensione di interruzione" in cui non c'è corrente apprezzabile poiché tutti gli elettroni si ricombinano con i buchi . Oltre la tensione di interruzione sulla rappresentazione grafica della caratteristica corrente-tensione, esiste una regione di resistenza negativa. Lo Shockley fungerà da amplificatore con valori di resistenza negativi in ​​​​questo intervallo.

Il lavoro di Shockley può essere meglio compreso scomponendolo in tre parti note come regioni, la corrente nella direzione opposta dal basso verso l'alto è rispettivamente 0, 1 e 2.

Nella regione 1, quando viene applicata una tensione positiva per la polarizzazione diretta, gli elettroni diffondono nel semiconduttore di tipo n dal materiale di tipo p, dove si forma una "zona di svuotamento" a causa della sostituzione dei portatori di maggioranza. La zona di esaurimento è la regione in cui i portatori di carica vengono rimossi quando viene applicata una tensione. La zona di svuotamento attorno alla giunzione pn impedisce alla corrente di fluire attraverso la parte anteriore del dispositivo unidirezionale.

Quando gli elettroni entrano nel lato n dal lato di tipo p, si forma una "zona di esaurimento" nella transizione dal basso verso l'alto fino a quando il percorso della corrente del foro non viene bloccato. I buchi che si muovono dall'alto verso il basso si ricombinano con gli elettroni che si muovono dal basso verso l'alto. Cioè, tra le zone di esaurimento della banda di conduzione e della banda di valenza appare una "zona di ricombinazione", che impedisce l'ulteriore flusso dei portatori principali attraverso il diodo Shockley.

Il flusso di corrente è ora controllato da un singolo vettore, che è il vettore minoritario, cioè elettroni in questo caso per un semiconduttore di tipo n e lacune per un materiale di tipo p. Quindi possiamo dire che qui il flusso di corrente è controllato dai portatori maggioritari (lacune ed elettroni) e il flusso di corrente è indipendente dalla tensione applicata fintanto che ci sono abbastanza portatori liberi da condurre.

Nella regione 2, gli elettroni emessi dalla zona di svuotamento si ricombinano con le lacune sull'altro lato e creano nuovi portatori maggioritari (elettroni in un materiale di tipo p per un semiconduttore di tipo n). Quando questi fori entrano nella zona di esaurimento, completano il percorso della corrente attraverso il diodo Shockley.

Nella regione 3, quando viene applicata una tensione esterna per la polarizzazione inversa, nella giunzione appare una regione di carica spaziale o una zona di svuotamento, costituita da portatori maggioritari e minoritari. Le coppie elettrone-lacuna sono separate a causa dell'applicazione di una tensione ai loro capi, con conseguente corrente di deriva attraverso lo Shockley. Ciò fa sì che una piccola quantità di corrente scorra attraverso il diodo Shockley.

Diodi di recupero a gradini

Un diodo di recupero a gradino (SRD) è un dispositivo a semiconduttore in grado di fornire uno stato di conduzione fisso e incondizionatamente stabile tra il suo anodo e il suo catodo. Il passaggio dallo stato off allo stato on può essere causato da impulsi di tensione negativi. Quando è acceso, l'SRD si comporta come un diodo perfetto. Quando è spento, l'SRD è prevalentemente non conduttivo con una certa corrente di dispersione, ma generalmente non sufficiente a causare una significativa perdita di potenza nella maggior parte delle applicazioni.

La figura seguente mostra le forme d'onda di ripristino graduale per entrambi i tipi di SRD. La curva superiore mostra il tipo di ripristino rapido, che emette una grande quantità di luce quando si spegne. Al contrario, la curva inferiore mostra un diodo di recupero ultraveloce ottimizzato per il funzionamento ad alta velocità e che mostra solo una radiazione visibile trascurabile durante la transizione da acceso a spento.

Per accendere l'SRD, la tensione anodica deve superare la tensione di soglia della macchina (VT). L'SRD si spegne quando il potenziale dell'anodo è inferiore o uguale al potenziale del catodo.

diodo a tunnel

Un diodo tunnel è una forma di ingegneria quantistica che prende due pezzi di un semiconduttore e unisce un pezzo con l'altro lato rivolto verso l'esterno. Il diodo tunnel è unico in quanto gli elettroni fluiscono attraverso il semiconduttore invece che attorno ad esso. Questo è uno dei motivi principali per cui questo tipo di tecnica è così unico, perché nessun'altra forma di trasporto di elettroni fino a questo punto è stata in grado di realizzare una tale impresa. Uno dei motivi per cui i diodi tunnel sono così popolari è che occupano meno spazio rispetto ad altre forme di ingegneria quantistica e possono anche essere utilizzati in molte applicazioni in molte aree.

Diodo varactor

Un diodo varactor è un semiconduttore utilizzato in una capacità variabile regolata in tensione. Il diodo varactor ha due connessioni, una sul lato anodo della giunzione PN e l'altra sul lato catodo della giunzione PN. Quando si applica una tensione a un varactor, si forma un campo elettrico che modifica la larghezza del suo strato di esaurimento. Questo cambierà effettivamente la sua capacità.

diodo laser

Un diodo laser è un semiconduttore che emette luce coerente, chiamata anche luce laser. Il diodo laser emette fasci di luce paralleli orientati con bassa divergenza. Ciò è in contrasto con altre sorgenti luminose, come i LED convenzionali, la cui luce emessa è molto divergente.

I diodi laser sono utilizzati per l'archiviazione ottica, le stampanti laser, gli scanner di codici a barre e le comunicazioni in fibra ottica.

Diodo di soppressione dei transitori

Un diodo di soppressione della tensione transitoria (TVS) è un diodo progettato per proteggere da picchi di tensione e altri tipi di transitori. È anche in grado di separare tensione e corrente per impedire ai transitori ad alta tensione di entrare nell'elettronica del chip. Il diodo TVS non condurrà durante il normale funzionamento, ma condurrà solo durante il transitorio. Durante il transitorio elettrico, il diodo TVS può funzionare sia con picchi dv/dt veloci sia con picchi dv/dt ampi. Il dispositivo si trova solitamente nei circuiti di ingresso dei circuiti a microprocessore, dove elabora segnali di commutazione ad alta velocità.

Diodi drogati con oro

I diodi dorati possono essere trovati in condensatori, raddrizzatori e altri dispositivi. Questi diodi sono utilizzati principalmente nell'industria elettronica perché non richiedono molta tensione per condurre l'elettricità. I diodi drogati con oro possono essere realizzati con materiali semiconduttori di tipo p o n. Il diodo drogato con oro conduce l'elettricità in modo più efficiente alle alte temperature, specialmente nei diodi di tipo n.

L'oro non è un materiale ideale per drogare i semiconduttori perché gli atomi d'oro sono troppo grandi per adattarsi facilmente ai cristalli dei semiconduttori. Ciò significa che di solito l'oro non si diffonde molto bene in un semiconduttore. Un modo per aumentare le dimensioni degli atomi d'oro in modo che possano diffondersi è aggiungere argento o indio. Il metodo più comune utilizzato per drogare i semiconduttori con l'oro è l'uso di boroidruro di sodio, che aiuta a creare una lega di oro e argento all'interno del cristallo del semiconduttore.

I diodi drogati con oro sono comunemente usati nelle applicazioni di potenza ad alta frequenza. Questi diodi aiutano a ridurre la tensione e la corrente recuperando energia dalla forza controelettromotrice della resistenza interna del diodo. I diodi drogati con oro sono utilizzati in macchine come reti di resistori, laser e diodi tunnel.

Diodi super barriera

I diodi super barriera sono un tipo di diodo che può essere utilizzato in applicazioni ad alta tensione. Questi diodi hanno una bassa tensione diretta ad alta frequenza.

I diodi super barriera sono un tipo di diodo molto versatile in quanto possono funzionare su un'ampia gamma di frequenze e tensioni. Sono utilizzati principalmente nei circuiti di commutazione di potenza per sistemi di distribuzione dell'energia, raddrizzatori, inverter di azionamento del motore e alimentatori.

Il diodo superbarrier è composto principalmente da biossido di silicio con aggiunta di rame. Il diodo superbarriera ha diverse opzioni di progettazione, tra cui il diodo superbarriera al germanio planare, il diodo superbarriera a giunzione e il diodo superbarriera di isolamento.

Diodo Peltier

Il diodo Peltier è un semiconduttore. Può essere utilizzato per generare una corrente elettrica in risposta all'energia termica. Questo dispositivo è ancora nuovo e non ancora del tutto compreso, ma sembra che possa essere utile per convertire il calore in elettricità. Questo può essere utilizzato per scaldabagni o anche in auto. Ciò consentirebbe l'utilizzo del calore generato da un motore a combustione interna, che di solito è energia sprecata. Consentirebbe inoltre al motore di funzionare in modo più efficiente, poiché non avrebbe bisogno di produrre tanta potenza (utilizzando quindi meno carburante), ma invece un diodo Peltier convertirebbe il calore disperso in energia.

diodo a cristallo

I diodi a cristallo sono comunemente usati per filtraggio a banda stretta, oscillatori o amplificatori controllati in tensione. Il diodo a cristallo è considerato un'applicazione speciale dell'effetto piezoelettrico. Questo processo aiuta a generare segnali di tensione e corrente utilizzando le loro proprietà intrinseche. I diodi a cristallo sono anche comunemente combinati con altri circuiti che forniscono amplificazione o altre funzioni specializzate.

Diodo a valanga

Un diodo a valanga è un semiconduttore che genera una valanga da un singolo elettrone dalla banda di conduzione alla banda di valenza. Viene utilizzato come raddrizzatore nei circuiti di alimentazione CC ad alta tensione, come rilevatore di radiazioni infrarosse e come macchina fotovoltaica per radiazioni ultraviolette. L'effetto valanga aumenta la caduta di tensione diretta attraverso il diodo in modo che possa essere resa molto più piccola della tensione di rottura.

Raddrizzatore controllato al silicio

Il raddrizzatore controllato al silicio (SCR) è un tiristore a tre terminali. È stato progettato per agire come un interruttore nei forni a microonde per controllare l'alimentazione. Può essere attivato dalla corrente o dalla tensione, o da entrambi, a seconda dell'impostazione dell'uscita del gate. Quando il pin del gate è negativo, consente alla corrente di fluire attraverso l'SCR e, quando è positivo, blocca il flusso di corrente attraverso l'SCR. La posizione del pin del gate determina se la corrente passa o viene bloccata quando è in posizione.

Diodi a vuoto

I diodi a vuoto sono un altro tipo di diodo, ma a differenza degli altri tipi, vengono utilizzati nei tubi a vuoto per regolare la corrente. I diodi a vuoto consentono alla corrente di fluire a una tensione costante, ma hanno anche una griglia di controllo che modifica tale tensione. A seconda della tensione nella griglia di controllo, il diodo a vuoto consente o arresta la corrente. I diodi a vuoto sono utilizzati come amplificatori e oscillatori nei ricevitori e trasmettitori radio. Servono anche come raddrizzatori che convertono CA in CC per l'utilizzo da parte di dispositivi elettrici.

PIN-diodo

I diodi PIN sono un tipo di diodo a giunzione pn. In generale, i PIN sono un semiconduttore che presenta una bassa resistenza quando viene applicata una tensione. Questa bassa resistenza aumenterà all'aumentare della tensione applicata. I codici PIN hanno una tensione di soglia prima che diventino conduttivi. Pertanto, se non viene applicata alcuna tensione negativa, il diodo non passerà corrente finché non raggiunge questo valore. La quantità di corrente che fluisce attraverso il metallo dipenderà dalla differenza di potenziale o dalla tensione tra i due terminali e non ci saranno perdite da un terminale all'altro.

Diodo a punto di contatto

Un punto diodo è un dispositivo unidirezionale in grado di migliorare un segnale RF. Point-Contact è anche chiamato transistor senza giunzione. Consiste di due fili collegati a un materiale semiconduttore. Quando questi fili si toccano, si crea un "punto di presa" in cui gli elettroni possono incrociarsi. Questo tipo di diodo viene utilizzato in particolare con radio AM e altri dispositivi per consentire loro di rilevare i segnali RF.

Diodo Hanna

Il diodo Gunn è un diodo costituito da due giunzioni pn antiparallele con un'altezza di barriera asimmetrica. Ciò si traduce in una forte soppressione del flusso di elettroni nella direzione in avanti, mentre la corrente scorre ancora nella direzione opposta.

Questi dispositivi sono comunemente usati come generatori di microonde. Furono inventati intorno al 1959 da J. B. Gann e A. S. Newell presso il Royal Post Office nel Regno Unito, da cui deriva il nome: "Gann" è un'abbreviazione dei loro nomi, e "diodo" perché funzionavano su dispositivi a gas (Newell precedentemente lavorava presso l'Edison Institute of Communications). Bell Laboratories, dove ha lavorato sui dispositivi a semiconduttore).

La prima applicazione su larga scala dei diodi Gunn è stata la prima generazione di apparecchiature radio UHF militari britanniche, entrate in uso intorno al 1965. Anche le radio AM militari facevano ampio uso di diodi Gunn.

La caratteristica del diodo Gunn è che la corrente è solo il 10-20% di quella di un diodo al silicio convenzionale. Inoltre, la caduta di tensione attraverso il diodo è circa 25 volte inferiore rispetto a un diodo convenzionale, tipicamente 0 mV a temperatura ambiente per XNUMX.

Tutorial video

Cos'è un diodo - Tutorial di elettronica per principianti

conclusione

Speriamo che tu abbia imparato cos'è un diodo. Se sei interessato a saperne di più su come funziona questo fantastico componente, dai un'occhiata ai nostri articoli sulla pagina dei diodi. Confidiamo che anche questa volta applicherai tutto ciò che hai imparato.