Descrizione della struttura e del funzionamento di un diodo a giunzione con l’ausilio della curva caratteristica

Tipologia dell'esercizio: Relazione

Aggiunto: oggi alle 12:05

Il diodo a giunzione è un componente elettronico fondamentale ampiamente utilizzato nei circuiti elettronici, costituito da una giunzione tra due diversi tipi di semiconduttori: un semiconduttore di tipo p e uno di tipo n. La giunzione formata si chiama giunzione pn. I semiconduttori di tipo p contengono una maggiore concentrazione di lacune (buchi) positivemente cariche, mentre i semiconduttori di tipo n hanno una maggiore concentrazione di elettroni negativamente carichi. Questa differenza di concentrazione porta alla formazione di una regione chiamata "regione di svuotamento" alla giunzione tra i due tipi di semiconduttori.

Per comprendere il funzionamento di un diodo a giunzione, è essenziale analizzare le sue caratteristiche elettriche. Una delle principali caratteristiche è la sua capacità di permettere il passaggio della corrente in una sola direzione, comportamento noto come rettificazione. Questa proprietà è alla base del funzionamento del diodo e permette di trasformare corrente alternata in corrente continua.

Quando un diodo è polarizzato in diretta, ciò significa che il terminale positivo della fonte di alimentazione è collegato alla regione p e il terminale negativo è collegato alla regione n, la barriera di potenziale alla giunzione pn si riduce. Questa riduzione permette agli elettroni di attraversare la giunzione e riempire i buchi nel materiale di tipo p, consentendo così il passaggio della corrente. Al di sopra di una determinata tensione di soglia (tipicamente ,7 V per un diodo al silicio), il diodo conduce corrente facilmente e presenta una resistenza molto bassa.

Al contrario, quando il diodo è polarizzato inversamente, ovvero la regione p è connessa al terminale negativo e la regione n al terminale positivo, la barriera di potenziale aumenta e la corrente che fluisce attraverso il diodo è minima. La corrente in condizioni di polarizzazione inversa è nota come corrente di saturazione inversa ed è generalmente molto piccola. Tuttavia, se la tensione inversa applicata supera un certo limite, noto come tensione di breakdown, il diodo inizierà a condurre in direzione inversa, fenomeno che può danneggiare il diodo se non gestito correttamente.

La curva caratteristica del diodo a giunzione, cioè il grafico della corrente in funzione della tensione, offre una rappresentazione visiva chiara del comportamento descritto. In polarizzazione diretta, la curva caratteristica mostra un rapido aumento della corrente oltre la tensione di soglia, indicando che il diodo sta conducendo. A tensioni inferiori alla tensione di soglia, la corrente è trascurabile. In polarizzazione inversa, la corrente rimane pressoché costante e molto bassa fino al raggiungimento della tensione di breakdown, oltre la quale aumenta rapidamente.

La fisica dietro il funzionamento del diodo può essere ulteriormente compresa esaminando il concetto di banda proibita nei semiconduttori. In condizioni di equilibrio termico, la regione di svuotamento non contiene portatori di carica mobili, ma solo cariche fisse dovute agli ioni accettori e donatori. Quando viene applicata una tensione in polarizzazione diretta, l'energia potenziale esterna rende più facile per gli elettroni della banda di conduzione nella regione n attraversare la giunzione e combinarsi con le lacune nella regione p.

Al di fuori del contesto fisico, il diodo a giunzione ha molteplici applicazioni pratiche nel mondo dell'elettronica. È comunemente usato per raddrizzare segnali AC in DC, come elemento di protezione nei circuiti elettronici grazie alla sua capacità di bloccare la tensione inversa, e nei circuiti di modulazione e demodulazione. Inoltre, varianti del diodo a giunzione, come il diodo Zener, sfruttano il breakdown controllato per stabilizzare le tensioni in applicazioni di regolazione di tensione.

In sintesi, il diodo a giunzione è un dispositivo elettronico semplice ma cruciale, il cui funzionamento si basa sulle proprietà fondamentali dei materiali semiconduttori. La curva caratteristica del diodo a giunzione illustra chiaramente il comportamento asimmetrico del dispositivo, rendendolo adatto a una vasta gamma di applicazioni nell'ingegneria elettronica e nell'industria.