I Diodi
Diodi ideali
La funzione principale di un diodo ideale è di controllare la direzione del flusso di corrente. La corrente che passa attraverso un diodo può andare solo in una direzione, cioè in avanti. La corrente che cerca di fluire nella direzione opposta è bloccata. Sono come valvole unidirezionali di elettronica.
Se la tensione ai capi di un diodo è negativa, nessuna corrente può fluire, ed il diodo ideale si presenta come un circuito aperto. In una tale situazione, il diodo è detto essere Off o polarizzato inversamente. Quando la tensione ai capi del diodo non è negativa, sarà "On" e condurrà corrente. Quando un diodo conduce corrente è polarizzato.
Simbolo sul circuito dei diodi
Ogni diodo ha due terminali (connessioni su ciascuna estremità del componente) e quei terminali sono polarizzati, il che significa che i due terminali sono nettamente differenti. E 'importante non confondere le connessioni su un diodo.
L'estremità positiva di un diodo è chiamata anodo , ed il polo negativo è chiamato il catodo. La corrente può fluire dall`anodo al catodo, ma non nella direzione opposta.
Il simbolo circuitale di un diodo standard è un triangolo che sbatte contro una linea. Come vedremo in avanti in questo tutorial , ci sono una varietà di tipi di diodi, ma di solito il loro simbolo circuitale sarà simile a questo:
Il terminale inserito nel bordo piatto del triangolo rappresenta l'anodo. Il flusso di corrente va nella direzione che la punta del triangolo/freccia indica, ma non può andare nella direzione opposta.
Caratteristiche dei diodi Reali
Idealmente i diodi bloccheranno ogni e qualsiasi flusso di corrente nella direzione inversa, o semplicemente agiscono come un cortocircuito se il flusso di corrente è in avanti. Sfortunatamente, il comportamento effettivo del diodo non è abbastanza ideale. I diodi consumano una certa quantità di energia quando conducono una certa quantità di corrente, e non bloccherà tutta la corrente inversa. I diodi del mondo reale sono un po' più complicati, e tutti hanno caratteristiche uniche che definiscono il modo in cui realmente operano.
Relazione Corrente-Tensione
La caratteristica più importante del diodo è la sua relazione corrente-tensione (I*V). Questo definisce ciò che è la corrente che attraversa un componente. Le resistenze, per esempio, hanno un semplice, rapporto lineare I*V ... la legge di Ohm. La curva di un diodo I*V però, è del tutto non lineare. Ed è simile a questa:
A seconda della tensione applicata attraverso di esso, un diodo opererà in una delle tre regioni:
Polarizzazione diretta : Quando la tensione ai capi del diodo è positiva la corrente può scorrere. La tensione dovrebbe essere maggiore della tensione diretta (Vf).
Polarizzazione inversa : Questa è la modalità "off" del diodo, in cui la tensione è inferiore a Vf , ma superiore a -Vbr . In questo modo il flusso di corrente è (principalmente) bloccato, ed il diodo è spento. Una piccolissima quantità di corrente (dell'ordine dei nA) detta corrente di saturazione inversa è in grado di fluire all'indietro attraverso il diodo.
Breakdown : Quando la tensione applicata ai capi del diodo è molto grande e negativa, un sacco di corrente sarà in grado di fluire nella direzione opposta, dal catodo all'anodo.
Tensione diretta
Per "attivare" e condurre corrente in avanti, un diodo richiede una certa quantità di tensione positiva da applicare attraverso di esso. La tensione tipica necessaria per accendere il diodo si chiama tensione diretta (Vf ).
Come sappiamo dalla curva I*V, la corrente e la tensione attraverso un diodo sono interdipendenti. Più corrente significa più di tensione, meno tensione significa meno corrente.
Foto
Un multimetro può essere utilizzato per misurare la caduta di tensione diretta di un diodo.
Il Vf specifico di un diodo dipende da quale materiale semiconduttore è fatto. Tipicamente, un diodo al silicio avrà un Vf intorno 0.6-1V. Un diodo a base di germanio potrebbe essere inferiore, circa 0.3V. Il tipo di diodo ha anche una certa importanza nel definire la caduta di tensione diretta; diodi luminosi come i Led possono avere un Vf molto più grande, mentre i diodi Schottky sono progettati specificatamente per avere una tensione diretta molto più bassa del solito.
Datasheet diodi
Tutte le caratteristiche di cui sopra devono essere dettagliate nella scheda tecnica per ogni diodo (datasheet). Ad esempio, questo foglio di dati per un diodo 1N4148 elenca la massima tensione diretta (1V) e la tensione di breakdown (100V) (tra molte altre informazioni):
Una scheda tecnica potrebbe anche presentare un grafico molto familiare di corrente-tensione, per ulteriori dettagli di come il diodo si comporta. Si noti come più corrente richiede più tensione:
Questo grafico evidenzia un'altra importante caratteristica del diodo la corrente massima. Proprio come qualsiasi componente, i diodi sono in grado di dissipare una certa quantità prima che brucino. Tutti i diodi devono elencare il massimo di corrente, la tensione inversa e la dissipazione di potenza. Se un diodo è soggetto a più tensione o corrente di quanto non sono in grado di gestire, si può riscaldare (o peggio, fondere ...).
Alcuni diodi sono particolarmente adatti per alte correnti, 1A o più, altri come il piccolo 1N4148 precedentemente indicato nelle tabella possono essere adatti solo per circa 200 mA.
Questo 1N4148 è solo un piccolo campione di tutti i diversi tipi di diodi che esistono in commercio. Successivamente esploreremo una straordinaria varietà di diodi e quale scopo serve ogni tipo.
TIPO DI DIODI
Diodi normali
I diodi standard sono tra i più elementari membri della famiglia dei diodi. Di solito hanno una caduta di tensione diretta medio-alta e una bassa corrente nominale massima. Un esempio comune di un diodo di segnale è il 1N4148. Componente molto generale, ha un caduta di tensione diretta tipica di 0.72V e un rating 300mA di Corrente massima.
Un diodo raddrizzatore è un diodo di serie con una corrente nominale più elevata . Questa corrente nominale superiore di solito va a discapito di una tensione diretta più grande. Il 1N4001 , per esempio, ha una corrente di 1A e una tensione diretta di 1.1V.
Diodi emettitori di luce ... I LED
Il membro sgargiante della famiglia dei diodi è il diodo ad emissione luminosa (LED) . Questi diodi si accendono letteralmente quando viene applicata una tensione positiva.
Una manciata di LED foro passante. Da sinistra a destra: un 3 millimetri di colore giallo , blu cinque millimetri , 10 millimetri verde , super-luminoso 5 millimetri rosso , un 5 millimetri RGB e un LED blu a 7 segmenti .
Come diodi normali, i LED consentono la direzione della corrente in una sola direzione. Essi hanno anche una tensione in avanti, che è la tensione richiesta per far si che si illuminano. Il Vf di un LED è in genere superiore a quella di un diodo normale (1,2 ~ 3V), e dipende dal colore che il LED emette. Ad esempio, la tensione diretta nominale di un LED luminoso Blu è di circa 3,3 V, mentre quello della taglia uguale Super LED rosso brillante è solo 2.2V.
Spesso troverete i LED nelle applicazioni di illuminazione. Ma la loro alta efficienza ha portato ad un uso diffuso nelle luci stradali, display, retroilluminazione, e molto altro ancora. Altri LED emettono una luce non visibile all'occhio umano, come i LED a infrarossi, che sono la spina dorsale della maggior parte dei telecomandi. Un altro uso comune dei LED è isolare un sistema di alta tensione pericolosa da un circuito a basso voltaggio.Gli optoisolatori accoppiano un LED con un fotosensore, che consente alla corrente di fluire quando rileva la luce dal LED a infrarossi. Di seguito è riportato un circuito di esempio di un opto-isolatore. Si noti come il simbolo schematico per il diodo varia dal diodo normale. Il simbolo del LED aggiunge un paio di frecce che si estendono fuori dal triangolo-freccia.
Diodi Schottky
Un altro diodo molto comune è il diodo Schottky. La composizione semiconduttore di un diodo Schottky è leggermente diversa da un diodo normale, e questo si traduce in una caduta di tensione minore, che è di solito tra 0.15V e 0.45V.
I diodi Schottky sono particolarmente utili per limitare le perdite, quando ogni ultimo bit di tensione deve essere risparmiato. Il simbolo circuitale si ottiene acciungendo un paio di curve sull'estremità della linea del catodo.
Diodi Zener
I diodi Zener sono gli emarginati della famiglia dei diodi. Sono di solito utilizzati per condurre intenzionalmente una corrente inversa. Gli Zener sono progettati per avere una tensione di breadown molto precisa, chiamata zener breakdown o tensione Zener. Infatti, essi vengono costruiti appositamente per sfruttare il cosidetto funzionamento in valanga, secondo caratteristiche particolari per dissipare potenza con utilizzo in zona di "break down".
In questo modo la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante.
Sfruttando loro proprietà ripartizione, diodi Zener sono spesso utilizzati per creare una tensione di riferimento noto esattamente come tensione Zener. Possono essere usati come regolatore di tensione per piccoli carichi, ma non sono realmente fatti per regolare la tensione ai circuiti con notevoli quantità di corrente.
Il simbolo del circuito per il diodo zener è uguale al diodo ma con le estremità ondulate sulla linea del catodo. Ecco un diodo Zener 3.3V agire per creare una tensione stabilizzata di 3.3V: