Diodo

Storia

I primi tipi di diodi erano chiamati valvole Fleming. Erano tubi a vuoto. Erano all'interno di un tubo di vetro (molto simile a una lampadina). All'interno della lampadina di vetro c'era un piccolo filo metallico e una grande piastra metallica. Il piccolo filo metallico si riscaldava ed emetteva elettricità, che veniva catturata dalla piastra. La grande piastra metallica non era riscaldata, quindi l'elettricità poteva andare in una direzione attraverso il tubo ma non nell'altra direzione. Le valvole Fleming non sono più molto usate perché sono state sostituite dai diodi semiconduttori, che sono più piccoli delle valvole Fleming. Anche Thomas Edison scoprì questa proprietà quando lavorava alle sue lampadine.

Costruzione

I diodi a semiconduttore sono fatti di due tipi di semiconduttori collegati tra loro. Un tipo ha atomi con elettroni extra (chiamato lato n). L'altro tipo ha atomi che vogliono elettroni (chiamato lato p). Per questo motivo, l'elettricità fluirà facilmente dal lato con troppi elettroni a quello con troppo pochi. Tuttavia, l'elettricità non scorrerà facilmente nella direzione inversa. Questi diversi tipi sono fatti per drogaggio (semiconduttore). Il silicio con l'arsenico sciolto in esso fa un buon semiconduttore n-side, mentre il silicio con l'alluminio sciolto in esso fa un buon semiconduttore p-side. Anche altre sostanze chimiche possono funzionare.

Il connettore al lato n è chiamato catodo, il connettore al lato p è chiamato anodo.

Struttura di un diodo a tubo

Funzione di un diodo

Tensione positiva sul lato p

Se si dà una tensione positiva al lato p e una tensione negativa al lato n, gli elettroni nel lato n vorranno andare alla tensione positiva al lato p e i buchi del lato p vorranno andare alla tensione negativa al lato n. A causa di questo, il flusso di corrente è in grado di esistere, ma ci vuole una certa quantità di tensione per farlo iniziare (una quantità molto piccola di tensione non è sufficiente per far fluire la corrente elettrica). Questa è chiamata la tensione di taglio. La tensione di taglio di un diodo di silicio è a circa 0,7 V. Un diodo al germanio ha bisogno di una tensione di taglio a circa 0,3 V.

Tensione negativa sul lato p

Se invece dai una tensione negativa al lato p e una tensione positiva al lato n, gli elettroni del lato n vogliono andare alla sorgente di tensione positiva invece che all'altro lato del diodo. La stessa cosa accade sul lato p. Quindi, la corrente non scorrerà tra i due lati del diodo. Aumentando la tensione, alla fine si costringerà la corrente elettrica a fluire (questa è la tensione di break-down). Molti diodi saranno distrutti da un flusso inverso, ma ne esistono alcuni che possono sopravvivere.

Influenza della temperatura

Quando la temperatura aumenta, la tensione di taglio scende. Questo rende più facile il passaggio dell'elettricità attraverso il diodo.

Tipi di diodi

Ci sono molti tipi di diodi. Alcuni hanno usi molto specifici e altri hanno una varietà di usi.

Simboli

Ecco alcuni simboli comuni di diodi a semiconduttore usati nei diagrammi schematici:

Diodo	Diodo Zener	Diodo Schottky	Diodo a tunnel
Diodo ad emissione di luce	Fotodiodo	Varicap	Raddrizzatore controllato al silicio

Diodo raddrizzatore standard

Questo cambia A/C (corrente alternata, come in una spina a muro in una casa) in D/C (corrente continua, usata in elettronica). Il diodo raddrizzatore standard ha dei requisiti specifici. Deve gestire un'alta corrente, non essere molto influenzato dalla temperatura, avere una bassa tensione di taglio e supportare rapidi cambiamenti nella direzione del flusso di corrente. La moderna elettronica analogica e digitale usa tali raddrizzatori.

Diodo ad emissione di luce

Un LED produce luce quando l'elettricità scorre attraverso di esso. È un modo più duraturo e più efficiente di creare luce rispetto alle lampadine a incandescenza. A seconda di come è stato fatto, il LED può produrre diversi colori. I LED sono stati utilizzati per la prima volta negli anni '70. Il diodo emettitore di luce potrebbe alla fine sostituire la lampadina man mano che la tecnologia in via di sviluppo la rende più luminosa ed economica (è già più efficiente e dura di più). Nel 1970 i LED sono stati utilizzati per mostrare i numeri in apparecchi come le calcolatrici e come un modo per mostrare che il potere era acceso per gli apparecchi più grandi.

Fotodiodo

Un fotodiodo è un fotorilevatore (l'opposto di un diodo che emette luce). Risponde alla luce che entra. I fotodiodi hanno una finestra o un collegamento in fibra ottica, che lascia entrare la luce nella parte sensibile del diodo. I diodi di solito hanno una forte resistenza; la luce riduce la resistenza.

Diodo Zener

Un diodo zener è come un diodo normale, ma invece di essere distrutto da una grande tensione inversa, lascia passare l'elettricità. La tensione necessaria per questo è chiamata tensione di breakdown o tensione Zener. Poiché è costruito con una tensione di rottura nota, può essere usato per fornire una tensione nota.

Diodo Varactor

Il varicap o diodo varactor è usato in molti apparecchi. Utilizza la regione tra il lato p e il lato n del diodo dove gli elettroni e i buchi si equilibrano. Questa è chiamata zona di esaurimento. Cambiando la quantità di tensione inversa, la dimensione della zona di esaurimento cambia. C'è una certa capacità in questa zona, e cambia in base alla dimensione della zona di esaurimento. Questo è chiamato capacità variabile, o varicap in breve. È usata nei PLL (Phase-locked loops) che sono usati per controllare la frequenza ad alta velocità a cui gira un chip.

Step-Recovery-Diode

Il simbolo è il simbolo di un diodo con una specie di strappo. Viene utilizzato in circuiti con alte frequenze fino a GHz. Si spegne molto rapidamente quando la tensione in avanti si ferma. Usa la corrente che scorre dopo che la polarità è stata invertita per fare questo.

Diodo PIN

La costruzione di questo diodo ha uno strato intrinseco (normale) tra il lato n e il lato p. Alle frequenze più basse, si comporta come un diodo standard. Ma alle alte velocità non può tenere il passo con i cambiamenti veloci e comincia ad agire come un resistore. Lo strato intrinseco gli permette anche di gestire input di alta potenza e può essere usato come un fotodiodo.

Diodo Schottky

Il simbolo di questo è il simbolo del diodo, con una 'S' al vertice. Invece di essere entrambi i lati di un semiconduttore (come il silicio), un lato è di metallo, come l'alluminio o il nichel. Questo riduce la tensione di taglio a circa 0,3 volt. Questo è circa la metà della tensione di soglia di un normale diodo. La funzione di questo diodo è che non vengono iniettati portatori di minoranza - il lato n ha solo buchi, non elettroni, e il lato p ha solo elettroni, non buchi. Poiché questo è più pulito, può reagire più velocemente, senza capacità di diffusione che può rallentare. Crea anche meno calore ed è più efficiente. Ma ha qualche perdita di corrente con la tensione inversa.

Quando un diodo passa da corrente in movimento a corrente non in movimento, questo è noto come commutazione. Ci vogliono decine di nanosecondi in un diodo tipico; questo crea un po' di rumore radio, che degrada temporaneamente i segnali radio. Il diodo Schottky commuta in una piccola frazione di quel tempo, meno di un nanosecondo.

Diodo a tunnel

Nel simbolo del diodo a tunnel c'è una specie di parentesi quadrata aggiuntiva alla fine del solito simbolo.

Un diodo tunnel consiste in una giunzione pn altamente drogata. A causa di questo alto drogaggio, c'è solo un gap molto stretto dove gli elettroni sono in grado di passare. Questo effetto tunnel appare in entrambe le direzioni. Dopo che una certa quantità di elettroni è passata, la corrente attraverso la lacuna diminuisce, fino a quando inizia la corrente normale attraverso il diodo alla tensione di soglia. Questo provoca una zona di resistenza negativa. Questi diodi sono utilizzati per trattare frequenze molto alte (100 GHz). È anche resistente alle radiazioni, quindi sono usati nelle navicelle spaziali. Sono anche usati nelle microonde e nei frigoriferi.

Diodo di ritorno

Il simbolo ha alla fine del diodo un segno che sembra una grande I. È fatto in modo simile al diodo a tunnel, ma lo strato n e lo strato p non sono drogati così tanto. Permette alla corrente di fluire all'indietro con piccole tensioni negative. Può essere usato per raddrizzare basse tensioni (meno di 0,7 volt).

Raddrizzatore controllato al silicio (SCR)

Invece di due strati come un diodo normale, questo ha quattro strati, è fondamentalmente due diodi messi insieme, con un gate nel mezzo. Quando la tensione passa tra il gate e il catodo, il transistor inferiore si accende. Questo lascia passare la corrente, che attiva il transistor superiore, e quindi la corrente non avrà bisogno di essere attivata da una tensione di gate.