03 – Il diodo – it

Normalmente dopo i resistori trovate sempre descritti i condensatori. Sono però dell’idea che analizzzare prima il funzionamento del diodo ci permetta di semplificare il nostro percorso di apprendimento. Il funzionamento di base del diodo è piuttosto semplice, è infatti come una sorta di valvola di non ritorno, ossia fà passare la corrente in un verso ma non nel senso opposto. Ci sono diversi tipi di diodi, come il diodo raddrizzatore, lo Zener o il led. Nello schema qui vicino vediamo, da sinistra a destra, l’aspetto fisico di un classico diodo rettificatore, tutto nero con una banda argentata e i tre simboli elettronici corrispondenti al diodo rettificatore,  lo Zener e il LED: si noti che la banda argentata che ritroviamo sul componente elettronico, corrisponde alla barretta del relativo simbolo elettronico. E’ abbastanza ovvio che se il diodo fà passare la corrente solo da una parte, non può essere montato al rovescio, più precisamente la corrente entra dal reoforo numerato con l’uno ed esce dalla parte opposta.

Il modo migliore per analizzare il funzionamento del diodo è usare la corrente alternata. In questo modo infatti abbiamo una tensione che cambia repentinamente direzione per cui possiamo vedere in modo molto chiaro l’intervento del diodo.  Nel grafico qui sotto è riportato il classico funzionamento del diodo rettificatore. Come vedete ci sono tre tracce. La blu è la tensione in uscita dall’alimentatore, un’onda sinusoidale, la verde e la tensione dopo l’attraversamento del diodo e la rossa è la corrente che transita dal diodo, la cui scala è alla destra. La scala delle tensioni è sul lato sinistro, quella della corrente sul lato destro, ricordatevi che lo zero delle due scale è su due livelli differenti.

Sinché la tensione di alimentazione è pari a zero non succede nulla. Quando comincia a salire, si nota che anche quella dopo il diodo comincia a salire, ma con un leggero ritardo e senza raggiungere mai la stessa tensione massima. Questi sono già sue dati fondamentali, ossia il diodo  determina una caduta di potenziale che per i diodi più classici al silicio è di 0.7V, infatti nell’esempio la tensione non raggiunge i 3V dell’alimentatore ma solamente i 2.3V. Questa tensione prende il nome di “tensione di lavoro“. Il “ritardo” nell’innalzamento della tensione è dovuto al fatto che sinché non è raggiunta la tensione di lavoro, il diodo non conduce corrente, allo stesso modo, quando l’alimentazione scende di nuovo sotto gli 0.7V il diodo blocca la conduzione, motivo per cui oltre ad un lieve ritardo durante la fase di salita, c’è anche un lieve anticipo in quella di discesa. Per completezza, si noti che la tensione di lavoro di 0.7V è caratteristica dei diodi al silicio, ma essa è variabile in altri tipi di diodo, ad esempio è di circa 0.2V per i diodi Schottky e diodi al germanio o 0.5V per i diodi di arsenurio di gallio.

Quando la tensione di alimentazione (blu) scende al di sotto dello zero, si vede chiaramente che la tensione che passa dal diodo (verde) resta ferma sullo zero e anche la corrente che lo attraversa (rosso) è a 0mA. La realtà è che una piccola corrente passa anche in senso contrario ma parliamo di pochi microVolt e nanoAmpere, che prendono il nome di “corrente di drift“.

Nel grafico qui a lato possiamo meglio vedere questo fenomeno: Sull’asse verticale abbiamo la corrente che attraversa il diodo, su quello verticale la tensione. Si vede chiaramente che la corrente si innalza in maniera quasi immediata al raggiungimento del valore Vs, che è appunto la tensione di lavoro. Si nota anche la presenza di una piccola corrente negativa per valori di tensione negativi, fino a raggiungere il valore Vz, detto “tensione di Zener“, oltre il quale il diodo  diventa un conduttore. A questo punto un normale diodo rettificatore assorbirà più potenza di quanta ne possa smaltire in forma di calore andandosi a bruciare irreversibilmente. Ci sono però dei diodi, che guarda caso si chiamo diodi di Zener, che sono progettati per sfruttare anche questo effetto senza bruciarsi irrimediabilmente.

In definitiva il diodo è anche più facile da capire che il resistore. Dobbiamo solamente ricordarci che funziona come una valvola unidirezionale, che ha una caratteristica tensione di lavoro e che se polarizzato inversamente non conduce sino al raggiungimento della soglia di Zener.

Nel prossimo articolo parleremo dei condensatori, ma in quello successivo vedremo un esempio pratico dell’uso di resistori, condensatori e diodi in opera tutti insieme.

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