Cos’è e come funziona?
In questo articolo ti parlerò di un componente molto usato in elettronica ovvero il diodo.
Il suo impiego è largamente utilizzato nei più svariati circuiti.
Nella seconda parte, invece, ti presenterò i diversi tipi di diodi.
Vedremo, innanzitutto, cosa sono e come sono fatti.
Iniziamo!
- Cos’è e come funziona il diodo
- Un’applicazione a bassa potenza
- Che cos’è il diodo di “clamping”
- Tipi di diodi più comuni ed alcuni esempi del loro utilizzo
Il diodo è il tipo più semplice di semiconduttore.
Lo studio del diodo è applicabile ad altri tipi di semiconduttori come i transistor, i circuiti integrati e perfino i circuiti integrati su larga scala (LSI).
Che cosa fa il diodo ?
Cos’è e come funziona il diodo
Un diodo (nome che significa “con due elettrodi“) si presenta come un contenitore dalle piccole dimensioni con due terminali (Figura 1).
La sua più importante funzione è quella di agire come una “valvola” a senso unico, per il passaggio di elettroni.
Ovvero fa si che il flusso di corrente elettrica vada in un verso e lo blocca (quasi totalmente) nell’altro.
Gli elettroni scorrono in una sola direzione dal catodo all’anodo (direzione opposta a quella indicata dalla freccia del suo simbolo, Figura 1), mentre blocca il passaggio nell’altra.
Il diodo viene definito dispositivo di commutazione piuttosto che di regolazione.
Un pratico esempio:
Pensiamo di voler alimentare con una c.a. (corrente alternata – in inglese a.c.) un motore in c.c. (corrente continua – in inglese d.c.).
È evidente che il motore non funziona.
Vediamo però cosa succede quando mettiamo un diodo nel circuito.
Il diodo, polarizzato direttamente, attraversato da corrente alternata fa passare solo la semionda positiva della sinusoide.
Lascerà passare la metà superiore della forma d’onda ma non la metà inferiore.
Tutti gli impulsi di corrente che passano vengono convogliati nella stessa direzione, questa funzione è chiamata rettificazione.
Utilizzando 4 diodi come nello schema seguente la corrente continua risulterà rettificata quasi del tutto.
Questa configurazione di diodi è chiamata a ponte di Graetz.
I diodi costruiti per questo specifico scopo sono chiamati rettificatori (o raddrizzatori) e altro non sono che diodi “maggiorati” e adatti a sopportare alte potenze di dissipazione.
Questi diodi però hanno dei limiti, lavorano a basse frequenze.
Come sempre, una qualità va barattata con un’altra.
Questa è una delle principali applicazione dei diodi, quella di convertire la corrente alternata (forma d’onda) in corrente continua (linea continua).
Come accennato precedentemente la corrente continua risulterà rettificata quasi del tutto.
Gli impulsi di corrente che rimangono dopo la rettificazione non danno una sorgente di potenza molto regolare.
Per ovviare a questo si ricorre ad un altro componente il condensatore.
Il suo compito è di “spianare” del tutto la forma d’onda.
Un condensatore è un po’ come un serbatoio di immagazzinamento degli elettroni.
I condensatori immagazzinano e liberano elettricità in un modo costante e regolare.
Un’applicazione a bassa potenza
La più antica applicazione di un diodo la si può trovare già nelle vecchie radio risalenti all’incirca tra il 1920 e il 1930.
In queste radio un cristallo di solfuro di piombo (galena) funzionava come un diodo a semiconduttore, molto prima che la parola “semiconduttore” entrasse in uso.
Il diodo a cristallo taglia una delle parti di queste onde modulate, proprio come fa il raddrizzatore con il motore nel nostro precedente esempio.
Il segnale raddrizzato eccita gli auricolari di una cuffia che, nel far questo, emettono un suono che è la riproduzione del segnale microfonico.
Si dice che il microfono modula il segnale perché modifica l’ampiezza delle onde ad alta frequenza emesse dall’oscillatore.
Il processo inverso compiuto dal diodo è perciò chiamato demodulazione o rivelazione.
I diodi impiegati oggi a far questo hanno la stessa funzione dei vecchi cristalli a galena.
Sono però più piccoli e meno costosi, hanno un’affidabilità superiore e sopportano potenze maggiori.
Che cos’è il diodo di “clamping”
Questo è un altro utilizzo tipico dei diodi.
Clamping (blocco o fissaggio di un livello) significa impedire che la tensione in un filo superi la tensione in un secondo filo.
Fra le tante applicazioni vediamone una.
Nel circuito di esempio un diodo clamping è usato come componente di sicurezza per proteggere dai danni dovuti ad eventuali sovratensioni un transistore.
Il transistor a sua volta è utilizzato per inserire e disinserire la bobina di un elettromagnete.
Questa bobina può far parte, ad esempio, di un relè.
Come tutte le bobine ha un’ induttanza:
una volta messi in moto, gli elettroni non vogliono più fermarsi, anche dopo che il transistore è stato portato all’interdizione bloccando la corrente nel punto “A”.
Gli elettroni seguitano ad arrivare e si ammucchiano, dando luogo a una tensione elevata.
Se questa è troppo alta la corrente potrà arrivare nel transistore in quantità molto alta, danneggiandolo o, addirittura, distruggendolo.
La soluzione è semplice, inserire un diodo in parallelo alla bobina.
Il diodo non permetterà agli elettroni provenienti dall’alimentazione di aggirare la bobina ed entrare nel transistore.
Invece permetterà agli elettroni di scavalcare (bypassare) la bobina nell’altra direzione.
In questo modo, se la tensione generata dagli elettroni in “A” supera la tensione di alimentazione (5 Volt), il diodo lascerà passare gli elettroni drenando l’eccesso accumulatosi lontano dal transistore.
L’emettitore del transistore è perciò bloccato (clamped) a 5 Volt
La tensione può essere al di sotto dei 5 Volt ma non sarà mai molto al di sopra di tale valore.
Oltre che per raddrizzare, rivelare e fissare un livello i diodi vengono anche usati per costruire delle porte logiche per i calcolatori digitali (argomento che tratteremo in un altro articolo).
Tipi di diodi più comuni ed alcuni esempi del loro utilizzo:
Al germanio – E’ costituito da una giunzione a semiconduttore di germanio.
Questo diodo è utilizzato, per la rivelazione dei segnali radio.
Varicap – Si potrebbe definire un diodo-condensatore.
E’ come se ci fosse al suo interno un condensatore in parallelo.
E’ utilizzato nei circuiti di sintonia dei ricevitori radio.
Zener – Caratteristica principale è che la tensione ai capi di questo diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente.
E’ utilizzato negli alimentatori per avere tensioni stabilizzate.
Schottky – Diodo utilizzato come rettificatore negli alimentatori switching.
Tunnel – Diodo largamente utilizzato nel campo delle microonde.
Led – Questo diodo emette luce visibile se polarizzato direttamente.
Grazie al basso consumo di corrente, oggi, i diodi led, vengono tantissimo utilizzati nell’illuminazione.
Ormai hanno sostituito del tutto le classiche lampadine ad incandescenza.
Laser – I diodi laser emettono luce come i diodi led.
Grazie ad un gioco di specchi, presenta in uscita un fascio di luce molto ridotto ma di grande energia.
Utilizzati tantissimo nei Compact Disc, nei DVD e nelle Stampanti Laser.
Vengono anche utilizzati per la perforazione, la saldatura e la fresatura dei materiali.
PiN – Questo diodo è un componente di potenza.
E’ capace di condurre elevate correnti dirette.
Vengono impiegati nei primi stadi RF dei ricevitori radio professionali.
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