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Il mwbgdiodo semplice è un mwbwcomponente elettronico attivocite-ref-1[1]cite-ref-2[2]cite-ref-3[3] non-lineare a due terminali (chiamati anodo e catodo), la cui funzione ideale è quella di permettere il flusso di mwfacorrente elettrica in un verso e di bloccarla quasi totalmente nell'altro (vengono invece sfruttate altre caratteristiche nel caso di diodi mwfqZener, diodo mwfgtunnel o pin, diodi varicap, diodo a tunnelling risonante).

Da questa struttura iniziale si sono evoluti nel tempo sia componenti con struttura più complessa basati su un principio differente, come i diodi a tempo di transito, sia nuovi dispositivi a tre terminali, come gli mwgaSCR e i mwgqtriac, che hanno abbandonato il nome di diodo.

• Storia

• Diodo ideale

• Diodo in corrente continua

• Diodo in corrente alternata

• Diodo a giunzione

• Diodo al germanio

• Diodo Schottky

• Diodo varicap o varactor

• Diodo Zener

• LED

• Diodo laser

• Diodo tunnel

• Diodo Backward

• Diodo PiN

• Diodi a tempo di transito

• Diodo IMPATT

• Diodo BARITT

• Fotodiodo

• Superdiodo (o raddrizzatore di precisione)

• Polarità

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Le due forme principali, la mwhqvalvola termoionica e il mwhgdispositivo a semiconduttore, conobbero uno sviluppo parallelo.

Nel 1873 il fisico britannico Frederick Guthrie illustrò il principio di funzionamento del diodo termoionico. Nel 1880 mwiqEdison incappò autonomamente nell'mwigeffetto termoionico (tanto che esso viene chiamato anche mwiweffetto Edison) mentre lavorava al perfezionamento della mwjalampada a incandescenza, cercando di capire il motivo della rottura dei filamenti. Scoprì che una corrente invisibile fluiva dal filamento a una placca metallica inserita nel bulbo quando questa era collegata al polo positivo. Lo brevettò qualche anno dopo, senza tuttavia indicarne un uso concreto.cite-ref-4[4]

Venti anni dopo il britannico mwkgJohn Ambrose Fleming, che collaborava con la mwkwMarconi Company ma era stato impiegato di Edison, si accorse che l'effetto Edison poteva essere utilizzato come rilevatore di precisione di frequenze radio e brevettò il primo diodo termoionico, la "valvola di Fleming", nel novembre 1904.cite-ref-5[5] Solo due anni dopo mwmaLee De Forest inventò il mwmqtriodo.

Circa il diodo a stato solido, già nel 1874 il tedesco mwmwKarl Ferdinand Braun, sperimentando contatti tra metalli e cristalli (come la mwnagalena e la mwnqpirolusite), scoprì la capacità di tali giunzioni di far scorrere la corrente in un solo senso.

Nel 1897 l'indiano mwnwJagadish Chandra Bose fu il primo a presentare un apparato che usava un rilevatore radio a galena.cite-ref-6[6]

In molte applicazioni di interesse, la mwpgcaratteristica tensione-corrente di un mwpwdiodo ideale, ottenuta in condizioni statiche, può essere approssimata con una funzione lineare a tratti. In tale approssimazione, la corrente si può considerare nulla se la tensione tra mwqaanodo e mwqqcatodo è minore o uguale a un preciso valore di tensione Vmwqgmwqwγ (tensione di soglia o di ginocchio); se invece la tensione è maggiore, il diodo può essere approssimato a un generatore di tensione di valore Vmwramwrqγ, la cui corrente è imposta dal circuito a cui esso è sottoposto. Il valore di Vmwrgmwrwγ è un valore di tensione tale per cui la corrente reale è maggiore di una ben precisa corrente utile per l'analisi del circuito, e, in generale, è abitudine utilizzare il valore convenzionale di 0,6mwsa V in grado di caratterizzare con sufficiente precisione la caduta di tensione ai capi di un diodo al mwsqsilicio quando in esso scorrono correnti significative.

Quando i valori delle tensioni circuitali sono sufficientemente alte (decine, centinaia di V e più), in modo da considerare trascurabile la caduta di tensione Vmwswmwtaγ ai capi del diodo, si adotta comunemente un'approssimazione ancora più forte utilizzando un diodo ideale che in conduzione sia assimilabile a un corto circuito. Questa approssimazione consente di semplificare ulteriormente l'analisi circuitale praticamente senza alcun errore significativo.

Quando la differenza di potenziale ai capi del mwtgdiodo ideale è maggiore di 0 (cioè quando la mwtwcorrente elettrica fluisce nel verso convenzionalmente positivo, dall'anodo al catodo), il diodo viene detto in condizione di mwuapolarizzazione diretta. Mentre, quando la differenza di potenziale è negativa, questo è detto essere mwuqpolarizzato inversamente. Queste definizioni sono utilizzate anche per identificare le regioni di funzionamento dei diodi reali.

Il diodo quando viene attraversato da una corrente continua è riconducibile a una mwvaresistenza o a un mwvqgeneratore di tensione a seconda della polarizzazione. I valori della resistenza ovviamente sono definiti dal costruttore, come anche la tensione del generatore.

Il diodo attraversato da corrente alternata fa passare solo la semionda positiva (se polarizzato direttamente) della sinusoide e blocca la semionda negativa. Con configurazione di diodi a ponte di mwwaGraetz viene generata un'onda raddrizzata formata solo da semionde positive e quindi è chiamato raddrizzatore di onde sinusoidali, formando un'onda pulsante.

I mwyadiodi a giunzione p-n sono dei diodi realizzati mediante processi metallurgici che prevedono la diffusione di impurità di tipo accettore in cristalli di mwyqsilicio preventivamente drogati mediante atomi donatori (o viceversa) e la loro caratteristica tensione corrente è approssimabile tramite l'mwygequazione del diodo ideale di Shockley. La caratteristica tensione corrente del dispositivo è una funzione non lineare; per valori di polarizzazione sufficientemente grandi rispetto alla tensione termica (a temperatura ambiente 26mwyw mV) vale la relazione:

mwzq ln ⁡ ⁡ I I 0 = V D V T {\displaystyle \ln {\frac {I}{I_{0}}}={\frac {V_{D}}{V_{T}}}}

dove mwzwI è l'intensità di corrente, mwaaImwaq0 indica la mwagcorrente di saturazione inversa, mwawVmwbaD è la tensione applicata ai capi del diodo e mwbqVmwbgT la tensione termica.

Il diodo, polarizzato direttamente, incomincia a condurre una volta che la tensione applicata supera la tensione di soglia mwcq V S {\displaystyle {V_{S}}} ; questa varia in funzione del tipo di materiale con cui è realizzato il diodo e vale circa 0,6mwcg V nei diodi al silicio; quando tale diodo è in conduzione nei calcoli conviene utilizzare il valore approssimato di 0,7mwcw V.

È sempre necessario limitare la corrente condotta da un diodo affinché non superi mai la massima corrente prevista per quello specifico mwdqdiodo, oltre la quale può verificarsi la rottura fisica del dispositivo.

I mwdwdiodi a giunzione p-n reali hanno una caratteristica tensione corrente analoga a quella ideale, con alcune differenze: quando polarizzati inversamente, invece di impedire completamente il passaggio di corrente vengono attraversati dalla mwea I 0 {\displaystyle {I_{0}}} , la corrente di saturazione inversa, il cui valore è legato all'area del dispositivo e alla concentrazioni del drogante. Con l'aumentare del modulo della tensione inversa fino a un certo valore (detto mweqtensione di Zener mweg V z k {\displaystyle V_{zk}} , come si può notare nel 3° e 4° quadrante della caratteristica del diodo reale a lato), che può andare da alcuni volt ad alcune decine di volt, la corrente aumenta in modulo molto rapidamente: tale regime di funzionamento, detto mwewtensione di rottura o di mwfabreakdown per il modo di generazione degli elettroni di conduzione all'interno del diodo, non è dannoso per il componente finché la potenza dissipata rimane nei limiti tollerati: i mwfqdiodi Zener per esempio sono progettati espressamente per funzionare in tensione di rottura o tensione di Zener. Tuttavia, vista la caratteristica molto ripida, il funzionamento in rottura nei normali diodi è molto pericoloso e porta in genere alla rottura del componente.

Il diodo al germanio è costituito da una giunzione a semiconduttore realizzata con mwgagermanio; ha una tensione di soglia più bassa (tipicamente di 0,3 V) che lo rende particolarmente adatto per la rivelazione dei segnali radio (demodulatore o rivelatore per la modulazione d'ampiezza).

Il diodo Schottky è costituito da una barriera rettificante metallo-semiconduttore invece che da una mwiagiunzione a semiconduttore. La barriera rettificante metallo-semiconduttore è ottenuta depositando un metallo (solitamente mwiqalluminio) su un materiale mwigsemiconduttore, che può essere di tipo mwiwP o N per mezzo di sistemi di placcatura o evaporazione. In questo tipo di giunzioni gli mwjaelettroni, ossia i portatori maggioritari hanno un tempo di vita estremamente basso a causa del metallo presente nella barriera rettificante, questa peculiarità permette un tempo di commutazione(passaggio dalla zona di conduzione alla zona di interdizione) estremamente basso anche inferiore all'ordine dei mwjqns.

La caratteristica corrente tensione è la medesima dei diodi al silicio, ma la tensione di soglia tipica è di 0,35mwjw V invece dimwka 0,6 V. Tra le sue applicazioni più comuni vi è l'utilizzo come rettificatore negli alimentatori switching e nei dispositivi che utilizzano mwkqtransistor Schottky, come ad esempio alcune serie delle mwkgporte logiche mwkwTTL.

Durante la polarizzazione inversa, si accumula mwnwcarica elettrica ai due lati della zona di giunzione, in cui si crea un forte campo elettrico dando origine a una certa mwoacapacità parassita: in pratica il diodo si comporta come se fosse in parallelo a un piccolo mwoqcondensatore. La particolarità che rende interessante questa piccola capacità del diodo è che essa diminuisce con l'aumentare della tensione inversa.

I diodi varicap sono studiati appositamente per sfruttare questo fenomeno e si comportano in tutto come dei condensatori variabili controllati in tensione: la capacità massima è di circa 500mwow mwpapF nei modelli maggiori, ma può scendere fino a 1mwpq pF. La legge di dipendenza capacità-tensione dei diodi varicap non è lineare, ma si linearizza in combinazione con un induttore in un mwpgcircuito LC come quello qui a lato, rendendo la frequenza di risonanza del circuito proporzionale alla tensione di controllo Vmwpwc.

Le applicazioni dei diodi varicap sono in generale negli stadi di sintonia dei mwqqricevitori radio e negli mwqgoscillatori controllati in tensione (VCO).

Il mwsgdiodo Zener è costruito appositamente per sfruttare il funzionamento del diodo in polarizzazione inversa. È infatti un diodo costruito secondo caratteristiche particolari per dissipare potenza con utilizzo in zona di breakdown. In questo stato la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante: lo Zener è un diodo ottimizzato per questo uso, in cui la tensione di Zener è resa il più possibile insensibile alla corrente di valanga, anche se comunque una tensione inversa eccessiva porta il diodo alla rottura. Il motivo dell'elevata pendenza della corrente inversa è dovuta principalmente da due casi: l'effetto valanga e l'mwsweffetto Zener.

L'aumento della tensione inversa provoca un'accelerazione degli elettroni che, aumentando la loro energia, ionizzano il reticolo cristallino (valanga); ma possono anche spezzare i legami covalenti in modo da estrarre elettroni (Zener). Questi due effetti si compensano per una tensione circa uguale a 6mwtq V (a seconda del diodo Zener utilizzato si possono avere tensioni diverse). Sopra i 6mwtg V prevale l'effetto valanga, sotto l'effetto Zener.

Tuttavia, per quanto lieve, la dipendenza dalla corrente è sempre presente, e peggio ancora la tensione di Zener varia sensibilmente con la temperatura ambientale: per questo motivo gli Zener vengono utilizzati soprattutto per generare tensioni di polarizzazione e stabilizzazione di alimentatori e non come campioni di tensione. Poiché i diodi Zener vengono utilizzati in polarizzazione inversa, si ha un mwuaeffetto capacitivo associato alla mwuqzona di svuotamento in prossimità della giunzione, questa capacità detta di transizione varia tra valori trascurabili di qualche nF ed è rilevante per i diodi di elevata potenza in quanto condiziona la massima frequenza di lavoro.

| Colore | Tensione diretta |

|---|---|

| Infrarosso | 1,3 V |

| Rosso | 1,8 V |

| Giallo | 1,9 V |

| Arancione | 2,0 V |

| Verde | 2,0 V |

| Azzurro | 3,0 V |

| Blu | 3,5 V |

| Ultravioletto | 4,0-4,5 V |

Questi diodi emettono luce visibile se polarizzati direttamente: di solito vengono usati per segnalazione su pannelli di controllo e come spie luminose, oppure come trasmettitori per telecomandi e fibre ottiche. A partire dai primi anni 2000 sono stati sviluppati modelli ad alta luminosità adatti per illuminotecnica, e oggi esistono in commercio numerosi apparecchi di illuminazione che utilizzano i LED come sorgenti in alternativa alle tradizionali mw3glampade a incandescenza e alle lampade fluorescenti, con notevoli vantaggi in termini di risparmio energetico, durata e resa cromatica. La loro tensione di polarizzazione diretta varia a seconda della lunghezza d'onda della luce che emettono, ed emettono tanta più luce quanta più corrente li attraversa: in genere è necessaria una corrente minima di 4mA (corrente di soglia) perché possano emettere luce in quantità percettibile. Si fa notare che i LED non emettono luce bianca, per cui la luce bianca è ottenuta dall'unione di più LED di colori diversi.

La corrente varia in funzione del tipo di led impiegato. I diodi LED mw4anormali richiedono di media 15mw4q mA per emettere una buona luminosità. Nel caso di led ad alta luminosità (LED HL) la corrente sale fino a valori di circa 20-25mw4g mA. LED di nuova concezione, ad altissima luminosità, sono in grado di assorbire correnti di molti ampere. Per dissipare il calore prodotto, devono essere montati su un opportuno dissipatore di calore, che può anche essere ad aria forzata.

Come i diodi LED, anche i diodi laser emettono luce tramite la ricombinazione di elettroni e lacune nella zona di barriera del diodo: la differenza fondamentale è che questa emissione è stimolata dalla luce stessa, e che la luce emessa è coerente.

Questo viene ottenuto con una struttura del diodo a sandwich con tre zone drogate in modo diverso (n - p - p+) che presentano anche un diverso mw6windice di rifrazione ottico: in pratica, le zone di confine mw7an-p e mw7qp-p+ si comportano come due specchi che riflettono la luce emessa nel diodo e la confinano al suo interno. In questo modo i fotoni in viaggio nel diodo stimolano gli elettroni e le lacune negli atomi di semiconduttore a ricombinarsi emettendo un altro fotone con la stessa lunghezza d'onda e la stessa fase di quello incidente, cioè stimolano una emissione coerente.

Normalmente i diodi laser sono realizzati in mw7warseniuro di gallio e mw8aalluminio, per ottenere una differenza di indici di rifrazione fra le tre zone che sia il più possibile alta. L'emissione laser si instaura polarizzando il diodo portandolo in conduzione diretta, solo quando si oltrepassa una corrente di soglia variabile a seconda dei modelli dai 20 ai 30mw8q mA.

Inventato nel 1957 da mw-aLeo Esaki nei laboratori della Tokyo Tsushin Kogyo, oggi denominata mw-qSony, in questo diodo il drogaggio dei due semiconduttori p-n è tanto forte da farlo degenerare in due conduttori separati da una barriera di potenziale estremamente alta e stretta. In queste condizioni alcuni elettroni però riescono ugualmente a passare, attraverso il fenomeno quantistico dell'mw-geffetto tunnel, quando il dispositivo è polarizzato con una tensione diretta ma ancora insufficiente a portare il diodo in regime di conduzione classica: aumentando la tensione, la corrente "tunnel" aumenta, poi diminuisce fino a un minimo (in questo intervallo il diodo presenta una mw-wresistenza negativa), oltre il quale subentra il meccanismo di conduzione termica del diodo normale e la corrente riprende a salire.

Questo tratto di caratteristica a pendenza negativa permette al diodo di trasferire energia ai segnali che lo attraversano: tipici impieghi dei diodi tunnel sono nel campo delle microonde da 30mwaqe MHz a 300mwaqi GHz in circuiti a bassa potenza come mwaqmoscillatori locali e mwaqqPLL a microonde. La velocità di commutazione e dei fronti di salita e discesa nelle tensioni inferiori ai 50mwaqu mV è tuttora irraggiungibile con tecnologie di commutazione a transistor.

L'uso civile più diffuso del componente è nella strumentazione di misura e in particolare nello stadio mwaqctrigger degli mwaqgoscilloscopi professionali e nei generatori d'impulso, dove ne sono stati utilizzati milioni di esemplari.

In questo particolare diodo tunnel uno dei due semiconduttori è meno drogato e si trova al limite del caso degenere: questo fa sì che il mwaqwdiodo inverso (denominato in tanti modi tra cui mwaq0back diode) si comporti come un normale diodo se polarizzato direttamente, ma conduca anche se polarizzato inversamente; in effetti il diodo inverso (da qui il nome) conduce molto meglio in polarizzazione inversa che in polarizzazione diretta. Il suo uso principale è nella rilevazione di piccoli segnali, o come miscelatore.

Il diodo PiN è un dispositivo elettronico che appartiene alla categoria dei dispositivi elettronici di potenza. Denominazioni comunemente utilizzate per lo stesso componente sono: mwarudiodo di potenza e mwarydiodo P-ν-N. Il diodo PiN è caratterizzato dalla capacità di sopportare tensioni inverse elevate (>50mwarc V) ed è in genere capace di condurre elevate correnti dirette (>1mwarg A).

La struttura del diodo PiN presenta una regione molto spessa, non drogata o con drogaggio molto debole, detta mwaroregione intrinseca e indicata dalla mwarsi nella sigla del dispositivo, e interposta fra le due zone P e N, da cui il nome; tale regione intrinseca è necessaria per aumentare la mwarwtensione di rottura. In linea di principio la regione intrinseca essendo poco drogata dovrebbe opporre una forte resistenza al passaggio di corrente che renderebbe il diodo inutilizzabile. Non è così invece, perché durante la fase di conduzione diretta le regioni P e N iniettano portatori di carica (mwar0lacune ed mwar4elettroni, rispettivamente) che riducono enormemente la resistenza della regione intrinseca.

Caratteristiche peculiari che differenziano il diodo PiN dal diodo a giunzione PN (detto anche diodo di segnale per distinguerlo dal diodo di potenza), sono i fenomeni di reverse recovery e di forward recovery. Questo tipo di diodi è usato in circuiti che lavorano a tensioni elevate ad esempio l'alimentazione di rete, generatori di EAT per gli anodi acceleratori nei tubi catodici, dove gestiscono rilevanti quantità di energia. Vengono anche impiegati nei primi stadi RF dei ricevitori radio professionali come attenuatori di segnale, eventualmente facenti parte di un circuito automatico di guadagno (CAG).

Questi dispositivi sono chiamati diodi impropriamente, perché non sono basati (o non principalmente) sull'effetto barriera e non hanno la struttura mwasip-n dei diodi, ma sono costituiti da tre o più zone con vari drogaggi a varie intensità; sono costruiti su semiconduttori compositi, in genere mwasmfosfuro di indio o mwasqarseniuro di gallio.

mwascIMPATT (mwasgIMPact ionization Avalanche Transit Time) è un diodo che ha una struttura complessa (n+ - p - i - p+) e, come dice il nome, lavora in polarizzazione inversa sfruttando l'effetto valanga. Più precisamente viene polarizzato molto vicino alla sua tensione di Zener, solitamente di un centinaio di volt, e racchiuso in una cavità risonante nella gamma delle microonde: l'inizio dell'effetto valanga nel diodo causa un impulso radio che viene riflesso nella cavità e modula il successivo passaggio di cariche attraverso il diodo.

Il movimento disordinato dei portatori nell'effetto valanga genera un mwasorumore di fondo molto alto che si somma al segnale utile, limitando il campo di utilizzazione alle sole sorgenti a microonde di potenza nella gamma fino a 300mwass GHz, con un rendimento del 30% a 10mwasw GHz che decresce con la frequenza, in cui peraltro gli IMPATT si comportano egregiamente.

mwas8TRAPATT (mwataTRApped Plasma Avalanche Transit Time) sono diodi IMPATT particolari, in cui la cavità risonante è ricavata direttamente nel diodo: i campi elettromagnetici interni alla regione di valanga sono perciò tanto intensi da far parlare di un mwateplasma di elettroni e lacune all'interno della regione intrinseca.

Questi diodi riescono a superare le limitazioni in frequenza degli IMPATT normali arrivando a generare frequenze fino a 1000mwatm GHz, al limite dello spettro infrarosso.

mwatyBARITT (mwatcBARrier Injection Transit Time) è un derivato del diodo IMPATT, di struttura (p+ - n - n+ - n - p+), che offre una minore efficienza e potenza, ma anche un minor livello di rumore generato, poiché il suo funzionamento si basa sul tempo di transito dei portatori di carica attraverso una barriera, piuttosto che sull'effetto valanga: il diodo BARITT lavora in polarizzazione diretta.

Grazie alla minore rumorosità e alla maggiore stabilità della frequenza generata, i BARITT sono usati in oscillatori locali e rivelatori Doppler per microonde.

Lo scopo dei fotodiodi è di rivelare la radiazione luminosa (visibile o infrarossa) che colpisce il corpo del diodo stesso. La struttura interna di un mwauafotodiodo è molto simile a quella dei diodi PIN: la zona intrinseca è progettata per reagire alla luce generando una coppia di portatori (un elettrone e una lacuna) che contribuiscono al passaggio di corrente attraverso il diodo. Si usano in polarizzazione inversa: in questa condizione, la corrente che attraversa il diodo è dovuta (quasi) esclusivamente alla luce incidente, ed è proporzionale all'intensità luminosa.

A differenza dei precedenti, questo non è un componente semplice ma un circuito composto da un diodo e da un mwaugamplificatore operazionale: in pratica l'operazionale amplifica lo stato di conduzione del diodo. Il circuito nel suo insieme, quindi, si comporta quasi come un diodo ideale con tensione di polarizzazione diretta molto bassa, prossima a 0mwauk V.

Questo circuito viene usato nei raddrizzatori di precisione, nei circuiti per misure elettriche e in quei casi dove il segnale da raddrizzare ha una ampiezza minore degli 0,7mwaus volt che rappresentano la soglia di conduzione dei diodi normali. Non viene però usato negli apparecchi radio, a causa dei limiti degli amplificatori operazionali alle alte frequenze.

Nella maggior parte dei mwau4package per diodi, il pin o il reoforo collegato al catodo è indicato da una striscia. Alcune eccezioni sono i diodi in package molto piccoli (come il SOT-23) e i diodi di potenza in package come il mwavaTO-220 sul quale a volte è riportato l'intero simbolo.

Nel simbolo grafico per gli schemi circuitali il triangolo indica il verso convenzionale della corrente diretta che circola nel diodo, l'anodo è quindi rappresentato dal lato del triangolo mentre il catodo dalla barra.

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• mway0Diodo Gunn

• mway8Effetto Peltier

• mwazeEffetto Seebeck

• mwazmGiunzione p-n

• mwazuLED

• mwazcTubo LED

• mwazkRivelatore a semiconduttore

• mwazsSemiconduttore

• mwaz0Tiristore

• mwaz8Transistor

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