Quali sono le caratteristiche del diodo?

Quali sono le caratteristiche di un diodo?

Definizione di diodo

Utilizziamo materiali semiconduttori (Si, Ge) per formare una varietà di dispositivi elettronici. Il dispositivo più basilare è il diodo. Un diodo è un dispositivo a due terminali con giunzione PN. La giunzione PN si forma portando in contatto un materiale di tipo P con un materiale di tipo N. Quando un materiale di tipo P viene portato in contatto con un materiale di tipo N, gli elettroni e i buchi iniziano a ricombinarsi vicino alla giunzione. Questo comporta la mancanza di portatori di carica nella giunzione, che quindi viene chiamata regione di deplezione. Quando applichiamo una tensione ai terminali della giunzione PN, lo chiamiamo diodo. L'immagine sottostante mostra il simbolo del diodo a giunzione PN.

Un diodo è un dispositivo unidirezionale che permette il flusso di corrente in una sola direzione, a seconda del suo bias.

Polarizzazione diretta

Quando il terminale P è collegato al polo positivo della batteria e il terminale N al polo negativo, il diodo è polarizzato direttamente.

In polarizzazione diretta, il polo positivo della batteria respinge i buchi nella regione P e il polo negativo respinge gli elettroni nella regione N, spingendoli verso la giunzione. Ciò aumenta la concentrazione di portatori di carica vicino alla giunzione, causando la ricombinazione e riducendo l'ampiezza della regione di deplezione. Man mano che la tensione di polarizzazione diretta aumenta, la regione di deplezione si restringe ulteriormente e la corrente cresce esponenzialmente.

Polarizzazione inversa

In polarizzazione inversa, il terminale P è collegato al polo negativo della batteria e il terminale N al polo positivo. Quindi, la tensione applicata rende il lato N più positivo rispetto al lato P.

Il polo negativo della batteria attira i portatori maggioritari, i buchi, nella regione P e il polo positivo attira gli elettroni nella regione N, tirandoli lontano dalla giunzione. Questo comporta una diminuzione della concentrazione dei portatori di carica vicino alla giunzione e un aumento dell'ampiezza della regione di deplezione. Un piccolo quantitativo di corrente scorre a causa dei portatori minoritari, chiamata corrente di polarizzazione inversa o corrente di perdita. Aumentando la tensione di polarizzazione inversa, l'ampiezza della regione di deplezione continua ad aumentare e non scorre corrente. Si può concludere che il diodo funziona solo quando è polarizzato direttamente. L'operazione del diodo può essere riassunta nel grafico delle caratteristiche I-V del diodo.

Aumentando ulteriormente la tensione di polarizzazione inversa, l'ampiezza della regione di deplezione aumenta e arriva un punto in cui la giunzione si rompe. Ciò comporta un flusso elevato di corrente. Il crollo è il punto di ginocchio della curva delle caratteristiche del diodo. Il crollo della giunzione avviene a causa di due fenomeni.

Crollo per avalancha

A elevate tensioni inverse, il crollo per avalancha si verifica quando i portatori minoritari acquisiscono abbastanza energia per staccare elettroni dai legami, causando un flusso elevato di corrente.

Effetto Zener

L'effetto Zener si verifica a basse tensioni inverse, dove un campo elettrico elevato rompe i legami covalenti, causando un improvviso aumento di corrente e il crollo della giunzione.