Diodo: caratteristiche (approfondimento)

Il seguente tutorial è un approfondimento dell’articolo Diodi: caratteristiche (introduzione) e si occuperà di analizzare nel dettaglio particolari tecnico-pratici indirizzati alla progettazione.

Partendo quindi dalla definizione di diodo a giunzione PN si può affermare che si tratta a tutti gli effetti di un bipolo non lineare attivabile solo al superamento di una determinata tensione di soglia Vγ che permette il passaggio della corrente continua in un solo verso (da anodo verso catodo). Se tracciamo un grafico cartesiano (I-V, corrente in funzione della tensione) noteremo che il diodo lavora nel primo quadrante (dove è situata la zona di conduzione diretta) e nel terzo quadrante (dove è situata la zona di conduzione inversa). La prima caratteristica da osservare è che, il diodo a giunzione, prevede una zona di andamento lineare tra l’origine 0V e la tensione di soglia Vγ. Quindi si deduce che la giunzione PN prevede anche una propria resistenza caratteristica coincidente alla resistenza interna del diodo. Tipicamente, per i diodi al silicio è inferiore a 1Ω e si può individuare a livello sperimentale come segue:Dalla curva I-V si scelgono due punti vicini tra loro nella zona di conduzione (dopo il ginocchio) poiché in tale zona vi è linearità. Tali punti forniranno due coppie di dati: V1 e I1, V2 e I2. Basterà quindi applicare la prima legge di Ohm per ottenere il valore resistivo interno del diodo, indicato di seguito con Rinterna.

\(R_{interna} = \frac{\left ( V_{2} – V_{1} \right )}{\left ( I_{2} – I_{1} \right )} < 1Ω\)

Inoltre, dato che il diodo in conduzione diretta si comporta come interruttore chiuso si lascia attraversare da una corrente I richiesta dal circuito a valle si può stimare la caduta di tensione tra anodo e catodo come la sommatoria tra la tensione di soglia Vγ e il prodotto (Rinterna⋅Icarico). Tale calcolo viene tipicamente fatto dove sono in gioco diodi di potenza e correnti del cario relativamente gradi. Oltre a questo particolare è necessario anche individuare la massima potenza dissipabile la quale dipende dalla massima corrente continua diretta. Tale considerazione è legata alla scelta di eventuali dissipatori.

Ultimo accorgimento da segnalare, spesso trascurato date le elevate frequenze di funzionamento del diodo, è il tempo di recupero (trr), ovvero il tempo che impiega il diodo a passere da conduzione ad interdizione e viceversa. Tale parametro è spesso presente sui datasheet.

Le applicazioni tipiche dei diodi al silicio sono:

• Protezione del carico (posti in serie all’alimentazione o in antiparallelo)
• Raddrizzatori a singola semionda
• Raddrizzatori a doppia semionda
• Raddrizzatori a ponte di Graetz