Un diodo è un componente elettronico che consente il passaggio della corrente in un solo senso attraverso i suoi due terminali (anodo y catodo).
In generale, possiamo considerare che presenta una resistenza zero nel primo caso e infinita nel secondo.
In varie occasioni abbiamo parlato dei diversi tipi di diodi e dei relativi utilizzi ma non ci siamo soffermati sul definire nel dettaglio come funzionano questi componenti elettrici e che altri tipi esistono oltre ai LED.
Il diodo semiconduttore
Nonostante esistano diversi tipi di diodi, questo termine solitamente si riferisce al diodo semiconduttore, il più diffuso. Un altro tipo è il diodo termoionico il cui funzionamento si basa sulle valvole sottovuoto e la generazione di elettroni in un unico terminale per mezzo di effetto joule ma non approfondiremo quest’ultimo.
Ci focalizzeremo sullo studio dei diodi a stato solido (semiconduttori) dato che rappresentano il fondamento tecnologico dell’illuminazione LED. Tuttavia, non scenderemo nel dettaglio dei concetti scientifici di questa tecnologia affinché la lettura non sia troppo complessa.
I diodi di questo tipo sono, per lo più, un’unione di due materiali semiconduttori con caratteristiche speciali (unione p-n). Uno dei materiali (tipo n) costituisce una regione con carica negativa (elettroni). L’altro (tipo p) presenta una carica positiva (buchi).
Simbolo del diodo
Il simbolo elettrico del diodo è un triangolo equilatero con una linea che attraversa i vertici per la stessa lunghezza e parallela al lato opposto. La sua forma è simile a quella di una freccia.
Un dato curioso è che la direzione verso la quale si orienta il simbolo è quella contraria rispetto al flusso della corrente.
L’unione di queste due regioni è ciò che definisce il comportamento del diodo. Inoltre, è a ognuna di queste regioni che si connette ogni terminale del dispositivo.
Come funziona un diodo
Come abbiamo appena visto, la forma che costituisce questo dispositivo è ciò che definisce il suo funzionamento. In generale, possiamo dire che un diodo si comporta in due modi:
- Come un cortocircuito permettendo il passaggio dell’elettricità (polarizzazione diretta).
- Come un circuito aperto impedendo il passaggio della corrente (polarizzazione inversa).
I diversi tipi di diodi possono presentare un comportamento unico a seconda della polarizzazione applicata e ciò ne consente l’uso in una grande varietà di installazioni come vedremo più avanti.
Tipi di diodi
Esistono molteplici diodi che presentano caratteristiche differenti a seconda del loro aspetto fisico, dei materiali, delle impurità, ecc. Sono diodi che si utilizzano in circostanze specifiche.
Alcuni dei più comuni e che analizzeremo con più attenzione sono: il diodo laser, il Gunn, il varicap e, ovviamente, il LED.
Diodo Gunn
Si utilizza nell’elettronica di alta frequenza ed è caratterizzato dalla presenza di una resistenza negativa in determinate condizioni. I diodi Gunn si utilizzano nella costruzione degli oscillatori a microonde.
In funzione dei materiali utilizzati, si possono ottenere frequenze di oscillazione al di sopra dei 10GHz fino a raggiungere 3THz con diodi al nitruro di gallio.
Diodo Varicap o varactor
È costruito in modo che, se polarizzato al contrario, si comporta come un condensatore variabile con una capacità che dipende dalla tensione applicata.
Si utilizza in circuiti sintonizzati in cui i cambi di capacità sono imprescindibili.
Diodo LED
Si distingue perché le combinazioni dei portatori di carica generano fotoni, le particelle elementari che formano la luce.
Come abbiamo già visto in altre occasioni, esistono diversi tipi di LED che costituiscono la base dei sistemi di illuminazione moderni.
Diodo laser
Simile al LED, questo tipo di diodo è la forma più comune di generare un laser. Si utilizza in molteplici campi come: comunicazioni con fibra ottica, puntatori, stampanti o lettori di codici a barra, per citarne qualcuno.
Diodo Zener
Un diodo Zener è pensato per lavorare con polarizzazione inversa. Anziché tagliare il flusso di corrente come il diodo tradizionale, quando si raggiunge una determinata tensione inizia a condurre in direzione inversa. Si è soliti chiamare il punto in cui si stabilizza tensione Zener.
Questo tipo di diodo semiconduttore è un componente essenziale dei regolatori di tensione costante.
Diodo Schottky
Il diodo Schottky prende il suo nome dal fisico tedesco Walter H. Schottky. La sua caratteristica principale è che può passare dallo stato di taglio a quello di conduzione in un breve lasso di tempo.
Su utilizza in circuiti integrati in cui serve un’elevata velocità di commutazione.
Diodo Shockley
Il diodo Shockley si distingue dai precedenti in quanto contiene quattro strati alternati di semiconduttori P ed N anziché due. Si utilizza in dispositivi digitali come contatori e circuiti con timer.
Esiste anche una statua di questo diodo a Mountain View (California) davanti l’edificio in cui si trovavano gli Shockley Semiconductor Laboratories.
Utilizzi dei diodi
Come abbiamo visto, a seconda del tipo di diodo, il suo impiego è differente e si prevede in un sistema di illuminazione, in demodulatori radio, protettori di sovratensione o porte logiche (dispositivi elettronici essenziali nella costruzione di microchip). Tuttavia, uno degli usi più comuni è nella costruzione degli alimentatori di corrente in cui lavorano come rettificatori di onda.
Ponte rettificatore di onda
Tra i ponti rettificatori più comuni si possono trovare quello a mezza onda e a onda completa. Un rettificatore a mezza onda elimina la parte negativa della corrente alternata.
Un rettificatore a onda completa, invece, trasforma la parte negativa della corrente in positiva.
Ponte Graetz
Una struttura molto comune è quella che impiega quattro diodi e che si conosce come ponte Graetz o ponte rettificatore a doppia onda. I ponti di diodi di questo tipo sono impiegati, per esempio, nei trasformatori DC.
Come abbiamo visto, i diodi sono dei componenti con infinite possibilità di utilizzo e che sono presenti in molti dispositivi di uso quotidiano, dalle lampadine ai lettori Blu-ray.