Indice degli argomenti
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La struttura di principio di un cristallo di silicio e l'effetto del drogaggio.
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Tralasciando momentaneamente i diodi per usi speciali (che verranno trattati dopo), una prima classificazione può esser fatta suddividendo tra:
- DIODI DI SEGNALE
- DIODI DI POTENZA
I primi sono usati genericamente come commutatori, limitatori, fissatori ecc e impiegano segnali di entità bassa e bassa potenza.
I secondi sono utilizzati come raddrizzatori per alimentatori, devono quindi sopportare tensioni inverse di migliaia di Volt e correnti medie di centinaia di Ampere.
I parametri completi vengono forniti dai data sheets, ma alcuni dei principali sono:- \( V_F \) (forward voltage) valore di tensione diretta ai capi del diodo corrispondente a un dato valore di corrente diretta IF
- \( V_R \) (max reverse voltage) massima tensione inversa applicabile
- \( V_{BR} \) (breakdown) tensione di breakdown
- \( I_F \) (forward) corrente massima diretta
- \( I_R \) (reverse current) corrente inversa corrispondente alla tensione inversa
- \( T_j \) temperatura di giunzione massima (in genere tra 100 e 150°C)
- \( P_{tot} \) potenza massima dissipabile a temperatura ambiente 25°C
- \( t_{rr} \) (reverse recovery time) tempo impiegato per passare da stato ON a OFF quando sottoposto a commutazione istantanea
Le sigle dei componenti a semiconduttore
Codifica europea
La prima lettera indica il tipo di materiale che costituisce principalmente il Semiconduttore (materia monocristallina, non il drogaggio):
- A = Ge (Germanio)
- B = Si (Silicio)
- C = GaAs (Arseniuro di Gallio)
- R = miscela di materia
- A: Diodo RF
- B: Varicap
- C: transistor, AF, per piccoli segnali
- D: transistor, AF, di potenza
- E: Diodo Tunnel
- F: transistor, HF, per piccoli segnali
- K: dispositivo ad effetto Hall
- L: Transistor, HF, di potenza
- N: Fotoaccoppiatore
- P: dispositivo sensibile alle Radiazioni
- Q: dispositivo che produce Radiazioni
- R: Thyristor, per basse potenze
- T: Thyristor, di potenza
- U: Transistor, di potenza, switching
- Y: Rettificatore
- Z: Zener, o diodo regolatore di tensione
Il numero nel codice indica il valore seriale del componente (da 100 a 9999). L'ultima lettera, anch'essa facoltativa, identifica il gruppo di guadagno.
Esempio: BB109, BC547ACodifica americana
Il primo numero identifica la tipologia del componente:
- 1 diodi
- 2 transistor BJT
- 3 transistor FET-MOSFET
- 4 e 5 fotoaccoppiatori
Il numero nel codice indica il valore seriale del componente (da 100 a 9999).
L'ultima lettera, facoltativa, indica il gruppo di guadagno (A equivalente a guadagno basso, B equivalente a guadagno medio, C equivalente a guadagno alto e senza lettera equivale a guadagno non specificato).Esempio: 1N4148
Codifica giapponese
Il primo numero identifica la tipologia del componente:
- 1 diodi
- 2 transistor BJT
- 3 transistor FET-MOSFET
- SA: PNP HF transistor
- SB: PNP AF transistor
- SC: NPN HF transistor
- SD: NPN AF transistor
- SE: Diodi
- SF: Thyristori
- SG: diodi Gunn
- SH: transistor unigiunzione UJT
- SJ: P-channel FET/MOSFET
- SK: N-channel FET/MOSFET
- SM: Triac
- SQ: LED
- SR: rettificatori
- SS: diodi per segnali
- ST:diodi a valanga
- SV: Varicap
- SZ: diodi Zener
Esempio:1SS133 -
Diodo LED
Il diodo LED (Light Emitting Diode) ha la caratteristica di emettere luce quando è percorso da corrente diretta. L'emissione di energia sotto forma di luce avviene quando gli elettroni, dopo aver attraversato la giunzione ed essersi ricombinati con le lacune, passano dalla banda di conduzione a quella di valenza. La particolare tecnica costruttiva e i materiali utilizzati rendono visibile la giunzione all'esterno e, quindi, la radiazione luminosa emessa.
I LED si utilizzano principalmente come indicatori luminosi nei circuiti elettronici, ma vista l'alta efficienza hanno trovato impiego in moltissimi settori come ad esempio l'illuminazione.
Generalmente si ha una buona luminosità mantenendo la corrente tra i valori di 10-20 mA. E' necessaria sempre una resistenza in serie di protezione per garantire un valore accettabile di corrente senza bruciare il componente.
Il colore dell'emissione luminosa dipende dai materiali semiconduttori impiegati (arsenico, fosforo, gallio ecc).
Fotodiodo
Il fotodiodo è un diodo utilizzato come trasduttore di luminosità, poiché in polarizzazione inversa la corrente dipende dall'intensità luminosa a cui è sottoposta la giunzione. Per permettere il funzionamento la giunzione è costruita con una finestrella trasparente che consente il passaggio della luce.
Quando la giunzione è polarizzata inversamente, la corrente inversa è costituita dai portatori minoritari. Se i fotoni hanno sufficiente energia da raggiungere la giunzione creano ulteriori legami covalenti che liberano altri portatori minoritari facendo aumentare la corrente inversa. Tale corrente può raggiungere anche valori di qualche decina di μA.
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Lo Zener è un diodo al silicio che viene costruito con particolari tecniche per poter lavorare, senza danneggiarsi, in zona di breakdown. La tensione inversa di breakdown viene chiamata tensione di Zener \( V_Z \).
La caratteristica corrente-tensione di un diodo Zener presenta in polarizzazione diretta una curva come un normale diodo, mentre la polarizzazione inversa ha un andamento particolare: per tensioni negative maggiori della tensione di Zener (purché la corrente sia maggiore di un valore minimo \( I_{Zmin} \) ) la tensione ai capi del diodo tra anodo e catodo rimane pressoché costante. Questo lo rende adatto all'utilizzo come stabilizzatore di tensione.
La tensione di Zener dipende dalla resistività del materiale e quindi dal drogaggio delle zone; valori commerciali vanno da qualche Volt al centinaio di Volt. Il valore di \( V_Z \) dipende, inoltre, dalla temperatura e la variazione viene indicata nei dati tecnici. Il passaggio di corrente in polarizzazione inversa è dovuto a due meccanismi fisici diversi:
- per \( V_Z < 5V\) si ha l'effetto Zener: il drogaggio elevato implica una giunzione molto stretta e un campo elettrico di elevata intensità che rompe molti legami covalenti creando correnti elevate
- per \( V_Z > 6V\) si ha l'effetto valanga: la tensione accelera gli elettroni che, urtando contro gli atomi, rompono i legami covalenti ed innescano un processo di moltiplicazione a valanga di elettroni liberi
Regolatore (o stabilizzatore) di tensione a Zener
Un circuito tipico di impiego del diodo Zener è come regolatore di tensione.
Per avere in uscita un certo valore fisso di tensione si deve scegliere un diodo Zener che abbia tensione di Zener pari al valore voluto in uscita; occorre poi dimensionare la resistenza R (resistenza limitatrice) in modo da tener conto delle variazioni di tensione e corrente di ingresso e da non scendere sotto il valore minimo di \( I_Z \) e non superi il valore massimo.
Il valore di R dovrà essere scelto imponendo le condizioni limite:
La potenza massima dissipabile varia da qualche decimo a qualche decina di Watt.
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