--->Pagina consigliata: Componenti Passivi

Diodi Semiconduttori

Indice Argomento Corrente

1) Principali Tipologie di diodi semiconduttori per uso generico

2) Caratteristiche

3) Curve caratteristiche di diodi semiconduttori per uso generico e come si ricavano

4) Cose da sapere per progettare circuiti in cui si impiegano diodi semiconduttori

5) Immagini di varie tipologie di diodi semiconduttori. Come si può presentare fisicamente un diodo semiconduttore

Il diodo semiconduttore è uno dei componenti elettronici più importanti ed utilizzati nell'elettronica.
Ne esistono di diverse tipologie, in funzione del tipo di impiego, del materiale impiegato nella costruzione e del drogaggio.
In questa sezione trattiamo quelli per uso generico.
Si possono trovare in contenitore di vetro, plastico o metallico.
Come per il diodo termoionico la sua caratteristica principale consiste nell'andare in conduzione solo se polarizzato direttamente, quindi la corrente passa solo in un verso.
Questo per quello che riguarda il diodo ideale, il diodo reale ha anche una piccola corrente inversa che all'atto pratico è trascurabile.
A differenza del diodo termoionico ha una bassissima resistenza interna. I diodi semiconduttori più diffusi sono quelli costruiti con silicio, in passato i più diffusi erano quelli al germanio.

1 - Principali Tipologie di diodi semiconduttori per uso generico

• Diodo al Germanio: Questi è costituito da una giunzione a semiconduttore realizzata con germanio, ha una tensione di polarizzazione diretta più bassa (tipicamente 0,2 V) che lo rende particolarmente adatto nella funzione di demodulatore o rivelatore per segnali radio in modulazione di ampiezza caratterizzati da una piccola ampiezza.
  Viene tuttora utilizzato in alcuni circuiti distorsori per chitarra elettrica nella sezione adibita al clipping del segnale proprio in funzione della sua bassa tensione di polarizzazione diretta. La resistenza serie di questo tipo di diodo è molto più alta di quella di un analogo al silicio e questo fa si che la distorsione prodotta sia meno marcata.

• Diodo al Silicio: Questi è costituito da una giunzione a semiconduttore realizzata con silicio, ha una tensione di polarizzazione diretta di circa 0,7 V. E' universalmente utilizzato come diodo rettificatore in tutti i circuiti classici di alimentazione sia singolarmente che assemblato come ponte di Graetz nei raddrizzatori a doppia semionda.

• Diodo ad ossido di Rame : Si tratta di un tipo di diodo che ha preceduto il diodo al selenio con una tensione massima inversa che si aggirava sugli 8V per cui per rettificare tensioni maggiori ne venivano messi alcuni in serie. Non viene più utilizzato ed è stato rimpiazzato con la tipologia al silicio.

• Diodo al Selenio: si tratta di una tecnologia inventata nel 1933 e abbandonata all'inizio del 1970 in favore dei diodi al silicio. Erano utilizzati principalmente come diodi rettificatori nei circuiti di alimentazione. La massima tensione inversa era dell'ordine dei 18V. Sopportavano una tensione inversa nettamente superiore ai diodi ad ossido di rame, quindi migliori rispetto a questi.

Sopra due diodi al selenio. Ogni aletta è un diodo singolo che compone una serie per aumentare la massima tensione inversa.

2 - Caratteristiche

• Il diodo semiconduttore ha due terminali, anodo e catodo.

• La tensione di polarizzazione Vd è considerata positiva all'anodo e negativa al catodo.
  Quindi il diodo è polarizzato direttamente quando l'anodo è positivo e il catodo negativo rispetto all'anodo. In caso inverso si dice polarizzato inversamente.

• La corrente che scorre nel diodo (Id) viene detta diretta se scorre dall'anodo al catodo (verso convenzionale della corrente)

• Se il diodo viene polarizzato inversamente non conduce a meno che la tensione non sia abbastanza alta da superare quella di rottura. La rottura non è un fenomeno distruttivo se la corrente è mantenuta entro certi valori e viene utilizzato nel diodi zener.

• Se il diodo viene polarizzato inversamente al di sotto della tensione di rottura, passa una corrente detta corrente inversa normalmente di valore molto basso.

• La tensione di polarizzazione diretta necessaria per portare in conduzione il diodo è dipendente dal materiale con cui è costruito il medesimo, ad esempio 0,2V per il diodo al germanio e 0,6 Volt per il diodo al silicio.

3 - Curve caratteristiche di diodi semiconduttori per uso generico e come si ricavano

Curva caratteristica di diodi semiconduttore al silicio e al germanio. La tensione di polarizzazione diretta varia in funzione del materiale impiegato nella costruzione, si attesta su 0,2V per il germanio (VsdGe) e 0,6V per il silicio (VsdSi).
Nel grafico soprastante per rendere leggibili i valori si sono adottate due scale diverse una per il primo quadrante del piano cartesiano e una per il terzo.
Questo perché il valore di corrente If inversa di fuga è estremamente basso mentre la tensione inversa VbSi e VbGe di rottura (breakdown) è estremamente alta.

Circuito di principio per il rilievo della curva diretta e inversa di un diodo semiconduttore.
Nel circuito di principio va aggiunta una resistenza di limitazione della corrente posta in serie alla batteria di alimentazione al fine di limitare la stessa a valori non distruttivi per il diodo, sia nel rilievo della caratteristica diretta che inversa.

4 - Cose da sapere per progettare circuiti in cui si impiegano diodi semiconduttori

• Il diodo quando polarizzato direttamente da luogo ad una corrente che lo attraversa.
  Nei diodi di potenza, tenuto conto della tensione di polarizzazione diretta e della resistenza interna si progetta il sistema di raffreddamento calcolando di dover dissipare una potenza di 1W per ogni ampere che attraversa il diodo (valore efficace).
  Nei ponti di diodi questo valore deve essere raddoppiato (perché ci sono sempre un paio di diodi in serie).

• Il diodo semiconduttore standard (per uso generico) non è adatto per applicazioni switching dove devono essere impiegati diodi fast-recovery (quasi sempre diodi Schottky).
  Quindi non cercate di impiegarlo per frequenze superiori a qualche Khz (dipende dal diodo).

5 - Immagini di varie tipologie di diodi semiconduttori. Come si può presentare fisicamente un diodo semiconduttore

Diodo semiconduttore di piccola potenza (400V-6A)	Diodi semiconduttori impiegati in una scheda di un computer anni '70 (in basso a destra e a sinistra del condensatore azzurro)

Diodi semiconduttori distribuiti in nastro che normalmente è avvolto in bobine, per grandi quantità.

Diodi semiconduttori di tre diverse tipologie in una scheda di un videoregistratore. Si notino le sigle stampate sul PCB con l'iniziale "D" per diodo.	Diodi di potenza sotto forma di ponte di diodi (o ponte di Graetz) per montaggio a vite (si noti il buco per il bullone) adatto per essere montato su un dissipatore di calore.

Diodi semiconduttori distribuiti in nastro che normalmente è avvolto in bobine, per grandi quantità.

Diodi semiconduttori di piccola potenza (600V-4A) sotto forma di ponte di diodi (o ponte di Graetz) per montaggio su PCB (si noti la scritta che identifica l'ingresso in CA e l'uscita in CC). Si notino i terminali di grosso diametro, la grande sezione non è pensata per il trasferimento di grandi correnti ma per ragioni di dissipazione termica, il calore viene trasferito in parte al circuito stampato.

Diodi semiconduttori di piccola potenza (800V-4A) sotto forma di ponte di diodi (o ponte di Graetz) per montaggio su PCB (si noti il simbolo che identifica l'ingresso in CA e l'uscita in CC con la relativa polarità). Per questo ponte di Graetz vista la piccola corrente che è in grado di gestire non è previsto un raffreddamento (manca il foro di fissaggio per il bullone).