Cos‘è un diodo e come funziona

In generale, il compito di un diodo all’interno di un circuito è quello di permettere alla corrente elettrica di scorrere solo in un verso, bloccandola nel verso opposto.

Per ottenere questo comportamento, il diodo a giunzione viene costruito unendo due porzioni di materiale semiconduttore (in genere silicio) drogate in modo differente, ossia sottoposte a un processo che aggiunge concentrazioni molto basse (impurità) di atomi di un determinato elemento nella struttura del semiconduttore, in modo da avere un eccesso di cariche elettriche negative (elettroni) nella porzione drogata di tipo n e un eccesso di cariche elettriche positive (lacune, ovvero i vuoti lasciati dagli elettroni, che per convenzione hanno carica elettrica positiva) nella porzione drogata di tipo p.

La zona di separazione tra queste due porzioni è chiamata la giunzione p-n ed è alla base del funzionamento del diodo: la marcata differenza di concentrazione degli atomi dovuta al diverso tipo di drogaggio genera una differenza di potenziale ai capi della giunzione che è in relazione con la differenza di potenziale caratteristica del diodo detta tensione di soglia (V di T).

il diodo si comporta come un circuito chiuso se ai suoi capi viene applicata una tensione positiva e superiore a V di T (polarizzazione diretta); viceversa, si comporta come un circuito aperto impedendo il passaggio di corrente se la tensione applicata è negativa o inferiore a V di T (polarizzazione inversa).

In realtà, i diodi a giunzione p-n in pol. inversa vengono attraversati da una corrente minima. Oltre un certo valore di tensione inversa detto tensione di Zener il diodo va incontro a rottura.

Ma vediamo quali sono i diodi di maggiore interesse nelle applicazioni industriali tra quelli disponibili in commercio.

Diodi Schottky. Non si basano su una giunzione p-n, bensì su una barriera di metallo e semiconduttore. Il comportamento è analogo, ma la tensione di soglia tipica è circa la metà (0,35 V invece di 0,6 V).

Diodi Varicap. Sfruttano il fenomeno della capacità parassita che si crea in pol. inversa dovuta alla carica elettrica che si accumula alla giunzione. Questi diodi si comportano come condensatori a capacità variabile in funzione della tensione.

Diodi Zener. Si basano sul funzionamento in pol. inversa, nella zona di breakdown o rottura, in cui riescono a fornire una tensione relativamente costante. Un tipo particolare di diodo Zener è il diodo TVS (acronimo di Transient Voltage Suppression), un componente che presenta un'area maggiore della sezione trasversale della giunzione p-n rispetto a un diodo standard.

Diodi PiN. Questi diodi presentano una regione di ampio spessore, non drogata o con drogaggio molto debole, detta regione intrinseca e interposta fra le due zone p e n (da cui il nome PiN), che offre una resistenza molto bassa. Sono in grado di sostenere tensioni inverse molto elevate (maggiori di 50 V) per condurre correnti dirette altrettanto elevate (maggiori di 1 A).

Diodi LED. Emettono luce quando sono attraversati dalla corrente. Affinché la luce sia percettibile è necessario un valore minimo di intensità di corrente (corrente di soglia) pari a circa 4 mA; tuttavia, per ottenere una buona luminosità, i diodi LED richiedono una corrente media di almeno 15 mA. I diodi LED più recenti, ad altissima luminosità, sono in grado di assorbire correnti anche di decine di ampere.

Il diodo Schottky viene utilizzato per lo più negli alimentatori switching come raddrizzatore e in alcuni dispositivi particolari, come ad esempio alcune porte logiche della famiglia TTL.

Le applicazioni più comuni dei diodi Varicap sono gli stadi di sintonia dei ricevitori radio e gli oscillatori controllati in tensione (VCO), per cui i Varicap sono presenti nei dispositivi di sintonizzazione di frequenza dei segnali radiofonici ma anche televisivi, e nei dispositivi DVD.

I diodi LED di solito vengono usati come indicatori luminosi sui pannelli di controllo e come trasmettitori per telecomandi e fibre ottiche. Grazie al risparmio energetico e alla maggiore durata che offrono, i modelli più recenti ad alta luminosità sostituiscono le lampade a incandescenza e fluorescenti.

I diodi PiN trovano impiego nei ricevitori radio professionali (come attenuatori di segnale), nei fotorilevatori e nelle applicazioni elettroniche ad alta tensione.

I diodi Zener vengono utilizzati soprattutto per stabilizzare la tensione negli alimentatori. I diodi Zener TVS in particolare sono presenti in molti tipi di apparecchiature elettroniche tra cui computer, stampanti, sistemi di sicurezza, sistemi di comunicazione wireless e apparecchiature mediche, per proteggere i circuiti da sovratensione e scariche elettrostatiche o per applicazioni di commutazione.

L’applicazione più famosa dei diodi è costituita dal raddrizzatore a ponte, un dispositivo che impiega quattro diodi disposti in configurazione a ponte di Graetz, una soluzione molto usata negli alimentatori per convertire un ingresso di corrente alternata (CA) in corrente continua (CC).

Vediamo ora come verificare l’integrità di un diodo ricorrendo a un tester moderno, il multimetro digitale.

A tale scopo, si può utilizzare la modalità di test diodo ruotando il selettore del multimetro sul simbolo del diodo con anodo e catodo oppure effettuare una misura della resistenza ruotando il selettore sul simbolo Ω. In entrambi i casi, lo spinotto del puntale positivo dello strumento (cavo rosso) deve essere inserito nella boccola COM, e quello del puntale negativo (cavo nero) nella boccola con i simboli V Ω.

Il test si effettua con il diodo in polarizzazione diretta e in polarizzazione inversa, e interpretando le relative letture sul display. Per ottenere la polarizzazione diretta il puntale rosso del tester deve toccare l’anodo del diodo e il puntale nero il catodo (il terminale di catodo è indicato da una banda colorata sul corpo del diodo); invertendo i puntali il diodo sarà in polarizzazione inversa.

Con il selettore in modalità di test diodo il dispositivo è integro (funzionante) se:

• Con il diodo in polarizzazione diretta il display del multimetro indica un valore di tensione di 0,5-0,8 V per un diodo al silicio e 0,2-0,3 V per un diodo al germanio (comportamento da interruttore chiuso, come previsto).
• Con il diodo in polarizzazione inversa il display del multimetro visualizza OL (Open Loop, ossia circuito aperto) per entrambi I tipi di diodi (comportamento da interruttore aperto, come previsto).

Se in entrambe le misurazioni il display visualizza OL, allora il diodo è danneggiato, mentre se il display indica lo stesso valore di tensione (di solito 0,4 V), il diodo è in corto circuito. In quest’ultimo caso, infatti, il diodo si comporta come un resistore con un valore di resistenza molto basso.

Analoghe considerazioni valgono se si effettua il test con il selettore in modalità di resistenza; in questo caso il multimetro svolge la funzione di ohmmetro, e il display visualizza la resistenza offerta dal diodo, invece della caduta di tensione ai suoi capi.

In questa guida abbiamo visto cosa sono i diodi e come funzionano; inoltre, abbiamo passato in rassegna i vari tipi di diodi in commercio e quali sono le applicazioni principali a cui sono destinati.

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