Che cos'è un diodo: il dispositivo e il principio di funzionamento di diversi tipi, funzionano nei circuiti

Diodo È un elemento con conduttività diversa. Questa proprietà è utilizzata in vari circuiti elettrici ed elettronici. Sulla sua base vengono creati dispositivi che hanno applicazioni in vari campi.

Tipi di diodi: vuoto e semiconduttore. Quest'ultimo tipo è attualmente utilizzato nella stragrande maggioranza dei casi. Non sarà mai superfluo sapere come funziona un diodo, a cosa serve, come è indicato nel diagramma, quali tipi di diodi esistono, l'uso di diversi tipi di diodi.

Diodi sotto vuoto

I dispositivi di questo tipo sono realizzati sotto forma di tubi elettronici. La lampada si presenta come un palloncino di vetro con due elettrodi all'interno. Uno è l'anodo, l'altro è il catodo. Sono nel vuoto. Strutturalmente, l'anodo è realizzato sotto forma di un cilindro a parete sottile. Il catodo si trova all'interno. Di solito è di forma cilindrica. Un filamento isolato è posto all'interno del catodo. Tutti gli elementi hanno cavi collegati ai piedini (gambe) della lampada. Le gambe della lampada sono portate fuori.

Principio di funzionamento

Quando una corrente elettrica passa lungo una spirale, si riscalda e riscalda il catodo, all'interno del quale si trova. Dalla superficie del catodo riscaldato, gli elettroni che ne sono usciti, senza un ulteriore campo di accelerazione, si accumulano nelle immediate vicinanze di esso. Alcuni di essi vengono poi riportati al catodo.

Quando viene applicata una tensione positiva all'anodo, gli elettroni emessi dal catodo si precipitano su di esso, creando una corrente anodica di elettroni.

Il catodo ha un limite di emissione di elettroni. Quando viene raggiunto questo limite, la corrente anodica si stabilizza. Se viene applicata una piccola tensione negativa all'anodo rispetto al catodo, gli elettroni smetteranno di muoversi.

Il materiale del catodo di cui è composto ha un alto grado di emissione.

Caratteristica Volt-Ampere (VAC)

La caratteristica I - V dei diodi di questo tipo mostra graficamente la dipendenza della corrente anodica dalla tensione diretta applicata ai terminali del catodo e dell'anodo. Si compone di tre sezioni:

• Lento aumento di corrente non lineare;
• Parte lavorante della caratteristica;
• Regione di saturazione della corrente anodica.

La sezione non lineare inizia dopo la regione di taglio della corrente anodica. La sua non linearità è associata a un piccolo potenziale positivo del catodo, che è stato lasciato dagli elettroni quando è stato riscaldato dal filamento.

L'area attiva definisce una linea quasi verticale. Caratterizza la dipendenza della corrente anodica dalla tensione crescente.

L'area di saturazione è una linea di corrente anodica costante con una tensione crescente tra gli elettrodi della lampada. Un tubo a vuoto in quest'area può essere paragonato a un conduttore di corrente elettrica. L'emissione dal catodo ha raggiunto il suo valore massimo.

Diodi a semiconduttore

La proprietà della giunzione p - n di far passare una corrente elettrica in una direzione ha trovato applicazione nella realizzazione di dispositivi di questo tipo. L'inclusione diretta è una fornitura di potenziale negativo all'area n della transizione, in relazione all'area p, il cui potenziale è positivo. Quando è acceso, il dispositivo è in uno stato aperto. Quando la polarità della tensione applicata cambia, sarà nello stato bloccato e la corrente non la attraverserà.

La classificazione dei diodi può essere effettuata in base al loro scopo, in base alle peculiarità della fabbricazione, in base al tipo di materiale utilizzato nella sua fabbricazione.

Fondamentalmente, per la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore, vengono utilizzate piastre di silicio o germanio, che hanno una conduttività elettrica di tipo n. Contengono un eccesso di elettroni carichi negativamente.

Utilizzando diverse tecnologie di fabbricazione, è possibile ottenere diodi puntiformi o a piastra in uscita.

Nella fabbricazione di dispositivi a punti, un conduttore appuntito (ago) è saldato alla piastra di tipo n. Una certa impurità viene applicata alla sua superficie. Per le piastre di germanio, l'ago contiene indio; per le piastre di silicio, l'ago è rivestito di alluminio. In entrambi i casi, viene creata una regione di giunzione p - n. La sua forma ricorda un emisfero (punto).

Per i dispositivi planari, viene utilizzato il metodo di diffusione o fusione. L'area delle transizioni ottenute con questo metodo varia ampiamente. Lo scopo del prodotto dipende dal suo valore in futuro. I fili sono saldati alle aree della giunzione p - n, che vengono utilizzate sotto forma di cavi dal corpo del prodotto finito durante l'installazione di vari circuiti elettrici.

Nei diagrammi, i diodi a semiconduttore sono indicati sotto forma di un triangolo equilatero, all'angolo superiore del quale è fissata una linea verticale parallela alla sua base. Il perno della barra è chiamato catodo e il perno della base del triangolo è l'anodo.

Direct è chiamato tale inclusione in cui il polo positivo della fonte di alimentazione è collegato all'anodo. Alla riaccensione il "più" della sorgente è collegato al catodo.

Caratteristiche Volt-Ampere

La caratteristica I - V determina la dipendenza della corrente che scorre attraverso l'elemento semiconduttore dall'ampiezza e dalla polarità della tensione applicata ai suoi terminali.

Nell'area delle tensioni in avanti, si distinguono tre aree: una piccola corrente diretta e una corrente di lavoro diretta attraverso il diodo. Il passaggio da una regione all'altra avviene quando la tensione continua raggiunge la soglia di conducibilità. Questo valore è nell'ordine di 0,3 volt per i diodi al germanio e di 0,7 volt per i diodi a base di silicio.

Quando viene applicata una tensione inversa ai terminali di un diodo, la corrente che lo attraversa è molto piccola e viene chiamata corrente inversa o corrente di dispersione. Questa dipendenza si osserva fino a un certo valore della grandezza della tensione inversa. Questa è chiamata tensione di rottura. Quando viene superato, la corrente inversa cresce come una valanga.

Valori limite dei parametri

Per i diodi a semiconduttore, ci sono valori per i loro parametri che non possono essere superati. Questi includono:

• Corrente diretta massima;
• Tensione massima di rottura inversa;
• Massima dissipazione di potenza.

Un elemento a semiconduttore può sopportare una quantità limitata di corrente continua attraverso di esso. Quando viene superato, la giunzione p-n si surriscalda e si guasta. I dispositivi di potenza dell'aereo hanno il margine maggiore per questo parametro. L'entità della corrente diretta che li attraversa può raggiungere decine di ampere.

Il superamento del valore massimo della tensione di rottura può trasformare un diodo con proprietà unidirezionali in un normale conduttore di corrente elettrica. La rottura può essere irreversibile e varia ampiamente a seconda dello specifico strumento utilizzato.

Potenza È una grandezza che dipende direttamente dalla corrente e dalla tensione, che viene applicata contemporaneamente ai terminali del diodo. Oltre al superamento della massima corrente diretta, il superamento della potenza dissipata limite porta a conseguenze irreversibili. Il diodo si brucia semplicemente e cessa di soddisfare il suo scopo. Per prevenire una situazione del genere, i dispositivi di alimentazione installano dispositivi sui radiatori che rimuovono (dissipano) il calore in eccesso nell'ambiente.

Tipi di diodi a semiconduttore

La proprietà di un diodo di far passare la corrente nella direzione diretta e di non farla passare nella direzione opposta ha trovato applicazione nell'ingegneria elettrica e radiofonica. Sono stati sviluppati anche tipi speciali di diodi per eseguire una gamma ristretta di compiti.

Raddrizzatori e loro proprietà

La loro applicazione si basa sulle proprietà del raddrizzatore di questi dispositivi. Sono utilizzati per ottenere una tensione costante rettificando un segnale alternato in ingresso.

Un unico diodo raddrizzatore permette di ottenere alla sua uscita una tensione pulsante di polarità positiva. Utilizzando una combinazione di questi, è possibile ottenere la forma d'onda della tensione di uscita che assomiglia a un'onda. Quando si utilizzano elementi aggiuntivi nei circuiti raddrizzatori, come condensatori elettrolitici ad alta capacità e induttori con nuclei elettromagnetici (induttanze), è possibile ottenere una tensione costante all'uscita del dispositivo, che ricorda la tensione di una batteria galvanica, che è così necessaria per il funzionamento della maggior parte delle apparecchiature consumatore.

Diodi Zener a semiconduttore

Questi diodi hanno una caratteristica I-V ad alta pendenza con un ramo inverso. Cioè, applicando una tensione ai terminali del diodo zener, la cui polarità è invertita, è possibile utilizzare resistori di limitazione per inserirlo nella modalità di valanghe di rottura controllate. La tensione nel punto di rottura della valanga ha un valore costante con una variazione significativa della corrente attraverso il diodo zener, il cui valore è limitato a seconda del dispositivo utilizzato nel circuito. In questo modo si ottiene l'effetto di stabilizzare la tensione di uscita al livello desiderato.

Le operazioni tecnologiche nella produzione di diodi zener raggiungono vari valori della tensione di rottura (tensione di stabilizzazione). La gamma di queste tensioni è (3-15) volt. Il valore specifico dipende dal dispositivo selezionato da un'ampia famiglia di diodi zener.

Come funzionano i rilevatori

I diodi realizzati utilizzando la tecnologia a punti vengono utilizzati per rilevare i segnali ad alta frequenza. Il compito del rivelatore è quello di limitare la metà del segnale modulato. Ciò consente, successivamente, con l'ausilio di un filtro passa-alto, di lasciare all'uscita del dispositivo solo il segnale modulante. Contiene informazioni audio a bassa frequenza. Questo metodo viene utilizzato nei ricevitori radio che ricevono un segnale modulato in ampiezza.

Caratteristiche dei LED

Questi diodi sono caratterizzati dal fatto che quando una corrente diretta li attraversa, il cristallo emette un flusso di fotoni, che sono una fonte di luce. A seconda del tipo di cristallo utilizzato nel LED, lo spettro luminoso può essere nell'intervallo visibile all'occhio umano o nell'intervallo invisibile. La luce invisibile è la luce infrarossa o ultravioletta.

Quando si scelgono questi elementi, è necessario immaginare l'obiettivo da raggiungere. Le principali caratteristiche dei LED sono:

• Consumo di energia;
• Tensione nominale;
• Consumo di corrente.

Il consumo di corrente del LED utilizzato per l'indicazione in dispositivi di uso diffuso non è superiore a 20 mA. A questa corrente, la luminescenza del LED è ottimale. L'inizio del bagliore inizia con una corrente superiore a 3 mA.

La tensione nominale è determinata dalla resistenza interna della giunzione, che è variabile. All'aumentare della corrente attraverso il LED, la resistenza diminuisce gradualmente. La tensione della fonte di alimentazione utilizzata per alimentare il LED deve essere applicata non inferiore alla tensione specificata nel passaporto per essa.

La potenza assorbita è un valore che dipende dalla corrente assorbita e dalla tensione nominale. Aumenta all'aumentare dei valori che lo determinano. Va notato che potenti diodi luminosi possono contenere 2 o anche 4 cristalli.

I LED hanno innegabili vantaggi rispetto ad altri dispositivi di illuminazione. Possono essere enumerati per molto tempo. I principali sono:

• Alta efficienza;
• Grande durata;
• Elevato livello di sicurezza grazie alle basse tensioni di alimentazione.

Lo svantaggio del loro funzionamento è la necessità di un alimentatore CC stabilizzato aggiuntivo, e questo aumenta il costo.