I diodi sono uno dei dispositivi a semiconduttore più comuni utilizzati oggi nelle apparecchiature elettroniche.
Sono anche uno dei più fraintesi.
Dopotutto, quando si parla del loro funzionamento, i diodi vengono spesso definiti "cancelli unidirezionali" o "cancelli rubati".
Quando un diodo viene interrotto dalla tensione esterna, gli elettroni al suo interno rimangono intrappolati all'interno e non possono più scappare.
In quanto tale, questo intrappola la corrente che scorre attraverso quella particolare parte del circuito all'interno senza via d'uscita se non attraverso il terminale opposto o il percorso di ritorno (quindi il nome che passa il nome).
Tuttavia, quando i diodi vengono menzionati insieme all'elettronica, possono creare confusione.
Questo perché molte persone li considerano dispositivi lineari, quando in realtà possiedono un comportamento non lineare che li rende molto più versatili di un semplice interruttore on/off.
Proprio come il modo in cui uno strumento musicale ha molteplici usi oltre a suonare le note, un diodo ha molti scopi oltre all'accensione e spegnimento della corrente elettrica.
Diamo un'occhiata a come funzionano i diodi in modo da capire come possono essere utilizzati e quali proprietà uniche possiedono che li rendono pezzi di circuiti elettronici così utili.
Cos'è un diodo?
I diodi sono shunt elettrici unidirezionali.
Un diodo è un interruttore a due vie controllato elettronicamente che consente alla corrente di fluire in una direzione solo in determinate condizioni.
Quando la corrente scorre in una sola direzione attraverso un diodo, le sue due "dita" semiconduttrici sono collegate tra loro.
Quando la corrente scorre nella direzione opposta, le due dita sono isolate l'una dall'altra e non scorre corrente.
I diodi sono costituiti da due materiali semiconduttori che di solito sono disposti a "sandwich" per impedire agli elettroni di fluire in entrambe le direzioni.
Una piccola quantità di corrente in determinate condizioni può dissipare la sua energia in eccesso sotto forma di calore, consentendo agli elettroni di fluire attraverso il diodo in una direzione, anche se la tensione attraverso il diodo è molto più alta della tensione applicata all'altro lato.
Poiché la regione attiva del diodo consente solo agli elettroni di fluire in una direzione mentre la regione esterna impedisce loro di rifluire, è descritto come uno shunt elettrico unidirezionale.
I diodi hanno terminali positivi e negativi
Le due estremità di un diodo sono etichettate con + e - per indicare che non ha polarità interna.
Quando viene applicata una tensione alle estremità di un diodo, si parla di test di cortocircuito o "negativo".
I diodi non sono polarizzati come il normale cablaggio elettrico polarizzato: le estremità vengono utilizzate solo per i test e la parte centrale del diodo è neutra ("nessuna polarità") ed è collegata agli elementi del circuito.
In elettronica, il terminale positivo di un diodo è solitamente l'anodo e il terminale negativo è il catodo.
Tuttavia, la convenzione non è scolpita nella pietra.
In alcuni circuiti, il terminale negativo è il catodo e il terminale positivo è l'anodo.
Ad esempio, in an Circuito LED, il terminale negativo è il catodo, ma in un circuito di batteria, il terminale negativo è l'anodo.
Esistono molti tipi di diodi
Esistono molti tipi diversi di diodi disponibili per l'uso in elettronica.
La maggior parte dei diodi sono della varietà a semiconduttore, ma ci sono anche raddrizzatori, fotodiodi e transistor che funzionano come diodi.
La selezione del tipo corretto di diodo per un particolare circuito è importante per ottenere i risultati desiderati.
Alcuni importanti tipi di diodi includono: – Raddrizzatori veloci: questi diodi conducono l'elettricità molto rapidamente, consentendo applicazioni ad alta frequenza.
– Raddrizzatori standard: questi diodi conducono l'elettricità più lentamente, consentendo applicazioni a bassa frequenza.
– Raddrizzatori a barriera Schottky: questi diodi sono dotati di un diodo Schottky integrato che impedisce loro di condurre all'indietro.
– Fotodiodi: questi dispositivi convertono la luce in elettricità, rendendoli utili nelle applicazioni di rilevamento.
I diodi hanno diverse soglie di tensione, caratteristiche e tensioni di rottura
Sebbene i diodi rimangano shunt elettrici unidirezionali, in genere hanno una tensione di rottura molto elevata (superiore a 1 megavolt) e una soglia di tensione di rottura (tensione ridotta richiesta per avviare la rottura) che li rende adatti a determinati tipi di applicazioni.
Questi parametri di soglia dipendono dal tipo di diodo utilizzato e possono essere modificati per creare vari tipi di diodi.
Ad esempio, un diodo raddrizzatore veloce ha una soglia di tensione di rottura di circa 0.3 volt.
Ciò significa che se la tensione ai capi del diodo è inferiore a 0.3 volt, il diodo non condurrà e il circuito rimarrà nel suo stato originale.
Se il circuito tenta di assorbire più corrente e la tensione attraverso il circuito aumenta, la soglia della tensione di rottura del diodo viene raggiunta e il diodo inizia a condurre corrente nella direzione opposta.
I diodi possono essere utilizzati in applicazioni lineari o non lineari
Una caratteristica unica dei diodi è che possono essere utilizzati in applicazioni lineari o non lineari.
Se utilizzato in applicazioni lineari, il diodo viene utilizzato come interruttore.
In altre parole, conduce corrente in una direzione a seconda della tensione applicata al circuito.
Quando viene applicata una tensione attraverso un circuito, gli elettroni iniziano a fluire attraverso il diodo e il circuito viene alimentato.
Il diodo può essere pensato come un "interruttore unidirezionale".
Quando il circuito è alimentato, il diodo conduce corrente, accendendo il circuito.
Quando non viene applicata alcuna tensione attraverso il circuito, il diodo non conduce e il circuito è spento.
Nelle applicazioni non lineari, il diodo viene utilizzato per amplificare o aumentare l'ampiezza o la forza di un segnale.
Ad esempio, se un circuito utilizza un segnale a bassa frequenza per controllare qualcosa (come accendere o spegnere un motore), il circuito stesso potrebbe essere spento dal segnale.
Ma se il segnale è sufficientemente alto (come il tono di una linea telefonica o la musica di una stazione radio), il diodo può essere utilizzato per amplificare e accendere il circuito, permettendogli di essere controllato dal segnale a frequenza più alta.
Come funzionano i diodi ad alta tensione?
Quando viene applicata un'alta tensione su a diodo, inizia a condurre.
Tuttavia, poiché la tensione è troppo alta, gli elettroni intrappolati all'interno del diodo non possono rilasciare la loro energia in quantità sufficienti per liberarsi dal loro confinamento.
Di conseguenza, il diodo conduce un po', ma non abbastanza per alimentare il circuito.
Quando viene applicata una bassa tensione ai gate di una coppia di transistor che controllano la tensione applicata attraverso un circuito (chiamato circuito ladder), il segnale può passare attraverso non regolato.
Tuttavia, quando c'è una tensione troppo bassa attraverso il circuito ladder ei diodi non conducono abbastanza corrente, il segnale non è consentito e il circuito è spento.
Questo può essere utilizzato per alimentare circuiti semplici e può essere utile per selezionatori, computer e timer.
Come calcolare la soglia di tensione per un diodo
Supponiamo di collegare un diodo a una fonte di alimentazione a 12 volt e di voler sapere se condurrà (fornirà alimentazione) a bassa tensione.
L'equazione per calcolare la tensione di rottura (VOM) di un dispositivo a semiconduttore è la seguente: In questa equazione, "VOH" è la tensione ai capi del dispositivo quando si rompe, "VOHSC" è la tensione di soglia del diodo quando conduce, "I" è la corrente attraverso il diodo, "E" è la tensione del campo elettrico attraverso il diodo e "n" è il numero di elettroni nel diodo.
Per determinare la soglia di tensione del diodo, è necessario conoscere la tensione di rottura del diodo.
Puoi trovare questo valore usando l'equazione sopra.
La tensione di rottura di un tipico diodo a giunzione pn al silicio è di 1.5 volt.
Ciò significa che quando la tensione ai capi del diodo è di 1.5 volt, il diodo si romperà e inizierà a condurre corrente.