Spiegazione del Diodo e dei suoi Tipi
Cos'è un diodo?
I diodi sono dispositivi elettrici a due terminali che funzionano come interruttori unidirezionali, permettendo al corrente di fluire (trasferirsi) solo in una direzione. Questi diodi sono realizzati con materiali semiconduttori come
Silicio,
Germanio, e
Arsenuro di gallio.
I due terminali del diodo sono chiamati Anodo e Catodo. Il funzionamento di un diodo può essere categorizzato in due tipi in base alla differenza di potenziale (energia potenziale) tra questi due terminali:
Se l'anodo ha una tensione maggiore del catodo, il diodo è considerato in Polarizzazione Diretta e la corrente può fluire.
Se il catodo ha una tensione maggiore dell'anodo, il diodo si dice in Polarizzazione Inversa, e la corrente non può fluire.
Vari tipi di diodi necessitano di diverse tensioni.
La tensione diretta dei diodi di silicio è 0,7V, mentre quella dei diodi di germanio è 0,3V.
Quando si lavora con i Diodi di Silicio, il terminale catodo è spesso indicato dalla banda nera o scura su un'estremità del diodo, mentre il terminale anodo è solitamente rappresentato dall'altra estremità.
La rettificazione, o la conversione da CA a CC, è una delle applicazioni più comuni dei diodi.
I diodi vengono utilizzati nelle applicazioni di protezione della polarità inversa e di protezione dai transitori perché permettono al corrente di fluire (passare) solo in una direzione e inibiscono il flusso di corrente nell'altra.
Simbolo del diodo
Il simbolo del diodo è illustrato di seguito. Nella condizione di polarizzazione diretta, la punta della freccia indica la direzione del flusso di corrente convenzionale. Cioè, l'anodo è collegato al lato p e il catodo al lato n.
Un semplice diodo a giunzione PN ottenuto dopando un blocco di silicio o germanio con impurità pentavalenti (o) donatrici in una sezione e trivalenti (o) accettori nell'altra.
Una giunzione PN può anche essere formata collegando insieme un semiconduttore di tipo p e uno di tipo n utilizzando un particolare processo di fabbricazione. L'anodo è il terminale che si connette al tipo p. Il catodo è il terminale che si connette al lato di tipo n.
Al centro del blocco, questi dopaggi formano una giunzione PN.
Principio di funzionamento di un diodo
L'interazione tra semiconduttori di tipo n e di tipo p è il processo fondamentale alla base del funzionamento di un diodo.
Un semiconduttore di tipo n è costituito da molti (numerosi) elettroni liberi e da un numero minore (piccolo) di buchi. In altre parole, in un semiconduttore di tipo n, la concentrazione di elettroni liberi è alta, mentre la concentrazione di buchi è piuttosto bassa.
In un semiconduttore di tipo n, gli elettroni liberi sono noti come portatori di carica maggioritari, mentre i buchi sono noti come portatori di carica minoritari.
Un semiconduttore di tipo p è caratterizzato da un alto numero di buchi rispetto alla quantità di elettroni liberi che contiene. I buchi costituiscono la vasta maggioranza dei portatori di carica in un semiconduttore di tipo p, mentre gli elettroni liberi rappresentano solo una piccola parte di questo tipo di portatori di carica.
Caratteristiche di un diodo
Diodo polarizzato in avanti
Diodo polarizzato all'indietro
Diodo non polarizzato (zero bias)
1). Diodo polarizzato in avanti
C'è una piccola diminuzione di tensione attraverso il diodo quando è polarizzato in avanti e la corrente lo attraversa.
La tensione in avanti dei diodi di germanio è di 300 mV, che è molto inferiore alla tensione in avanti dei diodi di silicio, che è di 690 mV.
L'energia potenziale attraverso il materiale p-type è positiva, mentre l'energia potenziale attraverso il materiale n-type è negativa. I materiali p-type hanno un'energia potenziale positiva.
2). Diodo polarizzato in inverso
Quando la tensione della batteria viene portata a zero, si dice che il diodo ha una polarizzazione inversa. La tensione inversa per i diodi di germanio è -50 μA, mentre la tensione inversa per i diodi di silicio è -20 μA. Quando si osserva attraverso un materiale p-type, l'energia potenziale è negativa, ma quando si osserva attraverso un materiale n-type, l'energia potenziale è positiva.
3). Diodo non polarizzato (Diodo con polarizzazione zero)
Si afferma che un diodo ha una condizione di polarizzazione zero quando il potenziale di tensione misurato attraverso il diodo è zero.
Applicazioni del diodo
Protezione contro la corrente che scorre in direzione inversa utilizzando diodi
I diodi sono spesso utilizzati in circuiti di clamp (circuiti di clamp).
Uso di diodi nella circuitazione delle porte logiche
I diodi sono componenti comuni nei circuiti di clip.
Dispositivi di rettifica composti da diodi
Tipi di diodo
1). Diodo all'indietro
2). Diodo BARITT
3). Diodo Gunn
4). Diodo laser
5). Diodo emettitore di luce
6). Fotodiodo
7). Diodo PIN
8). Diodo a recupero rapido
9). Diodo a recupero a gradini
10). Diodo tunnel
11). Diodo a giunzione P-N
12). Diodo Zener
13). Diodi Schottky
14). Diodi Shockley
15). Diodo varattore (o) vari-cap
16). Diodo a valanga
17). Diodo a corrente costante
18). Diodi dopati con oro
19). Diodi super barriera
20). Diodo Peltier
21). Diodo cristallino
22). Diodo a vuoto
23). Diodo per segnali piccoli
24). Diodo per segnali grandi
1). Diodo inverso
Questo tipo di diodo è anche noto come "diodo inverso" e non viene utilizzato molto spesso. Il diodo inverso è un diodo a giunzione PN che funziona come un diodo tunnel. Il tunnel quantistico è una parte importante del flusso di corrente, specialmente in direzione opposta. Con l'immagine della banda di energia, si può vedere esattamente come funziona il diodo.
La banda al livello superiore è chiamata "banda di conduzione" e la banda al livello inferiore è chiamata "banda di valenza". Quando all'elettroni viene aggiunta energia, tendono ad acquisire più energia e a muoversi verso la banda di conduzione. Quando gli elettroni si muovono dalla banda di valenza alla banda di conduzione, lasciano buchi nella banda di valenza.
Nello stato di polarizzazione zero, la banda di valenza occupata è opposta alla banda di conduzione occupata. Nelle condizioni di polarizzazione inversa, invece, la regione N si muove verso l'alto mentre la regione P si muove verso il basso. Ora, la banda completa nella sezione P è diversa dalla banda vuota nella sezione N. Quindi, gli elettroni iniziano a muoversi dalla banda piena nella sezione P alla banda vuota nella sezione N attraverso il tunnel quantistico.
Ciò implica che il flusso di corrente avviene anche quando la polarizzazione è in direzione opposta. Nelle condizioni di polarizzazione diretta, la regione N si muove nella stessa direzione della regione P, che è verso l'alto. Ora, la banda piena nella sezione N è diversa dalla banda vuota nella sezione P. Quindi, gli elettroni iniziano a muoversi dalla banda piena nella sezione N alla banda vuota nella sezione P attraverso il tunnel quantistico.
In questo tipo di diodo, si forma la regione di resistenza negativa, che è la parte principale del diodo che lo fa funzionare.
2). Diodo BARITT
Questo tipo di diodo è anche noto con il suo termine esteso, che è Barrier Injection Transit Time diode, o BARRITT diode. È adatto per applicazioni a microonde e consente varie comparazioni con il diodo IMPATT, utilizzato più comunemente.
L'uso dell'energia termica è ciò che causa l'emissione da questo particolare tipo di diodo. A confronto con altri tipi di diodi, questo produce molto meno rumore.
Mixer, amplificatori o oscillatori sono alcune delle possibili applicazioni per questi, data la loro capacità di segnale ridotto. Possono essere utilizzati anche in una varietà di altri dispositivi.
3). Gunn Diode
Un diodo giunzione PN, noto anche come diodo Gunn, è un tipo di diodo che è un dispositivo semiconduttore composto da due terminali. In molte applicazioni, viene utilizzato per la produzione di segnali a microonde.
Gli oscillatori sviluppati dai diodi Gunn vengono utilizzati ovunque ci sia bisogno di trasmissione radio.
Vengono inoltre utilizzati in organizzazioni militari. Questo diodo è un componente essenziale di tutti i tachimetri, anche dei più basilari. I diodi Gunn possono facilitare l'inclusione della tecnologia di sensori di apertura porte nei moderni sistemi di monitoraggio, che è un requisito in tali sistemi. Inoltre, questo diodo è raccomandato per l'uso nei circuiti di allarme antifurto.
4). Laser Diode
A causa del fatto che genera luce coerente, il diodo laser non funziona nello stesso modo di un LED (diodo emettitore di luce) tipico. Questi particolari tipi di diodi trovano ampio impiego in vari campi, inclusi lettori CD, lettori DVD e puntatori laser utilizzati nelle presentazioni. Sebbene questi diodi siano più economici rispetto ad altri tipi di generatori laser, il loro costo è molto superiore rispetto a quello dei LED. Hanno inoltre una durata limitata.
5). Light Emitting Diode
La frase diodo a emissione di luce (o) LED si riferisce a una delle varietà di diodi più comuni e ampiamente utilizzate. Se il diodo è collegato in modo da avere una polarizzazione diretta, la corrente passerà attraverso la giunzione, causando la produzione di luce. Ci sono diverse nuove innovazioni nei LED che li stanno convertendo in OLED e LED.
Nell'area di lavoro con polarizzazione diretta, questo è il tipo di diodi in funzione. C'è un flusso di corrente non appena il diodo inizia a condurre quando ci troviamo in questa zona. Il termine "corrente diretta" si riferisce a questo tipo di corrente. Il diodo è la sorgente della luce prodotta durante questa operazione.
I LED sono disponibili in una vasta gamma di colori. Per essere più specifici, possono funzionare come lampeggianti, accendendosi e spegnendosi per un periodo di tempo predeterminato. Possono essere a due colori, emettendo due colori, o a tre colori, emettendo tre colori, a seconda dell'ammontare di tensione positiva ricevuta.
Inoltre, esistono LED in grado di produrre luce infrarossa. La loro applicabilità pratica si trova nei telecomandi.
6). Fotonodiode
La luce viene rilevata dal fotonodiode con questa tecnica. Si è scoperto che l'interazione della luce con una giunzione PN può risultare nella creazione di elettroni e buchi. In maggior parte dei casi, i fotonodiode funzionano in condizioni di polarizzazione inversa, il che permette di rilevare e monitorare facilmente anche una quantità minima di corrente indotta dalla luce. La generazione di energia è un altro possibile utilizzo di questi tipi di diodi.
Poiché è in grado di condurre anche quando sottoposto a polarizzazione inversa, il funzionamento di un fotonodiode è molto simile a quello di un diodo zen.
Il valore della corrente e l'intensità luminosa sono direttamente proporzionali tra loro. Hanno anche tempi di reazione sufficientemente rapidi, misurati in nanosecondi piuttosto che in millisecondi.
7). Diodo PIN
Le caratteristiche di questo diodo sono determinate durante il processo di sviluppo. Nella costruzione di questo tipo di diodo vengono utilizzati sia gli standard p-type che n-type. La giunzione prodotta come risultato di queste interazioni è nota come semiconduttore intrinseco in quanto non include alcuna concentrazione di dopaggio.
Applicazioni come il commutazione possono trarre vantaggio dall'accesso a questa regione.
8). Diodo ad alta velocità di recupero
Il diodo avrà un tempo di recupero più rapido. L'AC viene utilizzato come ingresso del segnale durante il processo di rettificazione. Questi livelli presentano aspetti positivi e negativi. Affinché le polarità passino da positivo a negativo (o) da negativo a positivo, il periodo di recupero deve essere il più breve possibile.
Quando si eseguono applicazioni ad alta frequenza, è molto importante avere i tempi di recupero più rapidi possibili. In condizioni come queste, si consiglia di utilizzare questo particolare diodo. Come condizione di ciò, la rappresentazione deve essere fatta in modo accurato mantenendo l'integrità del segnale.
9). Diodo a recupero a gradini
È uno dei componenti del diodo a microonde. Questo spesso porta alla generazione di impulsi nella gamma di alta frequenza. Questi diodi dipendono dal tipo di diodi che hanno la proprietà di spegnersi rapidamente a causa della loro operazione.
10). Diodo tunnel
Questi diodi tunnel sono noti per richiedere interruttori durante l'operazione in un intervallo di velocità ultra-alta. La durata della transizione sarà misurata in nanosecondi o picosecondi. Questo viene utilizzato nei circuiti oscillatori rilassativi a causa del concetto di resistenza negativa che vi è associato.
11). Diodo giunzione P-N
Questo è il diodo fondamentale che si produce quando i materiali di tipo p e n interagiscono tra loro. Esplora l'idea di favorire una prospettiva rispetto all'altra. A causa di questo bias, può funzionare in una varietà di modalità operative.
Solo quando viene applicato un bias in avanti, questo diodo condurrà. Quando il bias è nella direzione opposta, non c'è un flusso chiaro di corrente. Ciò dimostra che la corrente è bloccata quando il bias è nella direzione opposta.
Vengono utilizzati in situazioni in cui le applicazioni richiedono correnti basse, come i diodi segnale, e quindi sono preferiti. I rettificatori sono uno degli utilizzi più fondamentali di questa tecnologia.
12). Diodo Zener
È il tipo di diodo costruito in modo tale da poter funzionare in modalità di bias inverso. Quando viene applicato un bias in avanti, le proprietà operative del diodo saranno simili a quelle di un diodo convenzionale con una giunzione p-n come componente fondamentale.
Quando il diodo opera in modalità di bias inverso, una volta raggiunta la tensione Zener minima, ci sarà un aumento dei valori della corrente; tuttavia, la tensione rimarrà costante oltre quel punto.
Di conseguenza, può essere utilizzato nel processo di controllo della tensione. Quando inizia a condurre corrente con polarizzazione diretta, il diodo ha dimostrato la sua capacità unica. I produttori determinano esattamente quale sarà la tensione zen per questo particolare tipo di diodo. A causa di ciò, è possibile realizzare più diodi zen.
13). Diodi Schottky
Un diodo Schottky è un tipo di diodo caratterizzato dalla sua capacità di eseguire operazioni di commutazione ad alta velocità. La perdita di tensione lungo il percorso in avanti è molto bassa, pertanto questa è considerata una caratteristica positiva.
I circuiti di clamping abbastanza veloci sono un buon esempio di dove questo tipo di diodo può essere utilizzato, poiché le sue applicazioni sono facilmente evidenti. Una frequenza nell'intervallo dei gigahertz è tipica per l'operazione di diodi di questo tipo. In altre parole, ha il potenziale di essere più desiderabile nelle applicazioni ad alta frequenza.
14). Diodi Shockley
Le applicazioni di commutazione fanno uso di questi diodi, che sono un tipo diverso di diodo da quelli descritti sopra. Hanno una tensione fondamentale, anche nota come tensione di trigger, che è presente.
Non è possibile che si commuti poiché rimarrà in modalità ad alta resistenza se la tensione fornita è inferiore al valore di trigger fondamentale. Il percorso a bassa resistenza sarà costruito non appena la tensione fornita sarà superiore al valore di trigger fondamentale. I diodi Shockley svolgono le loro funzioni in questo modo.
15). Diodo Varactor (o) Varicap
Questa è un'altra categoria unica di diodi, che si verifica quando viene applicata una tensione inversa alla giunzione del dispositivo. Questo causa una variazione della capacità della giunzione. Poiché è un diodo a capacità variabile, l'abbreviazione "varicap" può essere utilizzata per riferirsi a esso.
16). Diodo a valanga
Il diodo a valanga è un tipo di diodo polarizzato in inverso che deriva il suo funzionamento dal fenomeno di valanga. Il fallimento della valanga si verifica quando la caduta di tensione rimane costante e non è influenzata dalla corrente. Grazie al loro alto livello di sensibilità, vengono utilizzati per la rilevazione ottica.
17). Diodo a corrente costante
È un dispositivo elettrico che limita la corrente al valore massimo fornito. Può anche essere chiamato diodo limitatore di corrente (CLD) o diodo regolatore di corrente (CRD) (CRD).
Questi diodi sono realizzati con un JFET a canale n. La porta è collegata alla sorgente e agisce come un limitatore di corrente a due terminali o come sorgente di corrente. Consentono il flusso di corrente attraverso di essi fino a un valore specifico prima di fermarsi per aumentare ulteriormente (svilupparsi).
18). Diodi dopati con oro
L'oro viene utilizzato come dopante in questi diodi. Alcuni diodi sono più potenti di altri. La corrente di fuga a polarizzazione inversa è anche inferiore in questi diodi. Anche con cadute di tensione maggiori, il diodo può funzionare a frequenze di segnale. L'oro aiuta nella ricombinazione rapida dei portatori minoritari in questi diodi.
19). Diodi super barriera
È un diodo rettificatore con una bassa caduta di tensione in avanti come un diodo Schottky e una bassa corrente di fuga inversa come un diodo a giunzione P-N. È stato creato per applicazioni ad alta potenza, commutazione ad alta velocità e bassa perdita. I diodi rettificatori a super barriera sono il prossimo tipo di rettificatori che hanno una tensione in avanti inferiore rispetto al diodo Schottky.
20). Diodo Peltier
Genera calore alla giunzione di due materiali del semiconduttore in questo tipo di diodo, che fluisce da un terminale all'altro. Questo flusso ha solo una direzione, che è la stessa della direzione del flusso di corrente.
Questo calore è generato come risultato della carica elettrica generata dalla ricombinazione dei portatori di carica minoritari. Questo è utilizzato principalmente per il raffreddamento e il riscaldamento. Questo tipo di diodo funge da sensore e motore termico nel raffreddamento termoelettrico.
21). Diodo Cristallino
Questo è un tipo di diodo a contatto puntuale, noto anche come baffo del gatto. Il suo funzionamento è determinato dalla pressione di contatto tra il cristallo semiconduttore e il punto di contatto.
Contiene un filo metallico che viene premuto contro il cristallo semiconduttore. In queste condizioni, il cristallo semiconduttore funge da catodo mentre il filo metallico funge da anodo. Di natura, questi diodi sono obsoleti. Vengono utilizzati principalmente in ricevitori e rilevatori a microonde.
22). Diodi al Vuoto
I diodi al vuoto sono composti da due elettrodi che fungono da anodo e catodo. Il tungsteno viene utilizzato per realizzare il catodo, che emette elettroni nella direzione dell'anodo. Il flusso degli elettroni va sempre dal catodo all'anodo. Di conseguenza, funziona come un interruttore.
Quando il catodo è ricoperto di materiale ossidico, la capacità di emissione degli elettroni aumenta. Gli anodi sono piuttosto lunghi e le loro superfici sono talvolta irregolari per minimizzare le temperature che si verificano nel diodo. Il diodo condurrà solo quando l'anodo sarà positivo rispetto al terminale del catodo.
23). Diodo per Segnali Piccoli
È un dispositivo minuscolo con caratteristiche sproporzionate, utilizzato principalmente in campi applicativi ad alta frequenza e bassa corrente, come radio e televisori.
I diodi segnale sono molto più piccoli dei diodi di potenza. Un lato è contrassegnato con nero (o) rosso per indicare il terminale catodo. Le prestazioni del piccolo diodo segnale sono particolarmente efficaci per applicazioni a frequenze elevate.
In confronto alle loro capacità in altre categorie, i diodi segnale hanno generalmente una modesta capacità di portata corrente e una bassa dissipazione di potenza. Sono solitamente nell'intervallo di 150mA & 500mW.
Viene utilizzato in
applicazioni di diodi,
commutazione ad alta velocità,
amplificatori parametrici & molte altre applicazioni.
24). Diodo segnale grande
Il layer della giunzione PN su questi diodi è piuttosto spesso. Di conseguenza, vengono spesso utilizzati per la rettifica o la conversione di CA in CC. La grande giunzione PN aumenta la capacità di portata corrente in avanti del diodo e la tensione di blocco inversa. I diodi segnale grandi non sono adatti per applicazioni ad alta frequenza.
Questi diodi sono principalmente applicabili in alimentatori come
rettificatori,
convertitori,
invertitori,
dispositivi di carica delle batterie, ecc.
La resistenza in avanti di questi diodi è di pochi Ohm, mentre la resistenza di blocco inverso è misurata in Mega Ohm.
A causa della sua elevata capacità di corrente & tensione, può essere impiegato in dispositivi elettrici che sopprimono alte tensioni di picco.
Di conseguenza, i vari tipi di diodi e le loro applicazioni sono stati discussi in questo post. Ogni diodo ha un proprio metodo unico di rappresentazione, oltre al suo metodo unico di funzionamento.
Domande frequenti
1). Un diodo converte la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC)?
Il diodo che consente al corrente di fluire (passare) in una sola direzione. Quando utilizzato con corrente alternata, i diodi conducono solo per metà del ciclo. Di conseguenza, vengono utilizzati nella conversione della corrente alternata in corrente continua. Di conseguenza, i diodi sono corrente continua (CC).
2). Cos'è un Diodo Ideale?
I diodi utilizzati per regolare la direzione del flusso di corrente sono noti come diodi ideali. Con un diodo ideale, la corrente può fluire solo in una direzione, nota come direzione in avanti, e non può fluire in senso inverso.
I diodi ideali sembrano essere un circuito aperto quando sono polarizzati inversamente, e la tensione applicata è negativa in questa condizione.
3). Qual è la differenza tra polarizzazione diretta e inversa?
La polarizzazione diretta avviene in un diodo convenzionale quando la tensione attraverso il diodo permette il flusso normale di corrente, mentre la polarizzazione inversa indica una tensione attraverso il diodo in direzione opposta. Tuttavia, la tensione applicata attraverso il diodo durante la polarizzazione inversa non produce alcun flusso di corrente apprezzabile.
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