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I diodi - Corrente alternata.
       
 

 
 

Diodi e raddrizzatori

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Diodi e Raddrizzatori

Un diodo è un dispositivo elettrico che permette il passaggio della corrente attraverso di esso in una direzione con maggiore facilità rispetto all'altra. Il tipo più comune di diodo nei moderni circuiti è il diodo semiconduttore.

Il termine "diodo" è abitualmente riservato ai dispositivi di piccola potenza, I < 1 A, mentre il termine raddrizzatore è usato per i dispositivi di potenza maggiore, tipicamente I > 1 A.

Quando la polarità della batteria è tale che gli elettroni attraversano facilmente il diodo, il diodo e' detto a polarizzazione diretta. Al contrario, quando la batteria è "rovesciata" e il diodo blocca la corrente, si dice che il diodo è polarizzato inversamente, si può immaginare un diodo come un interruttore: "chiuso" quando e' polarizzato direttamanete e "aperto" quando polarizzato inversamente.

Stranamente, la direzione del simbolo del diodo la "punta di freccia" punta contro la direzione del flusso di elettroni. Questo perché il simbolo del diodo è stato inventato da ingegneri, che utilizzano prevalentemente la notazione convenzionale di flusso.

Il comportamento del diodo è analogo al comportamento di un dispositivo idraulico chiamato valvola di ritegno, la valvola di ritegno e' gestita dalla pressione del fluido, il diodo e' essenzialmente gestito dalla tensione.

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Se nessuna tensione attraversa il diodo semiconduttore esiste una regione di svuotamento sottile intorno alla regione della giunzione PN impedendo il flusso di corrente.

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Se una tensione a polarizzazione inversa è applicata attraverso la giunzione PN, questa regione di svuotamento si espande resistendo ulteriormente a qualsiasi corrente attraverso di essa.

Se una tensione di polarizzazione diretta è applicata attraverso la giunzione PN, la regione di svuotamento collassa diventando ancora più sottile, il diodo diventa meno resistente alle correnti che lo attraversano.

Per sostenere la corrente che passa attraverso il diodo, la regione di svuotamento deve essere completamente collassata dalla tensione applicata. Questo richiede una certa tensione minima per realizzarlo, chiamata la tensione di soglia.

Per i diodi al silicio, la tensione tipica diretta è di 0,7 volt nominali. Per diodi al germanio, la tensione di soglia è solo di 0,3 volt.

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L'equazione del diodo descrive l'esatta corrente che attraversa un diodo, conosciuta la caduta di tensione attraverso la giunzione, la temperatura della giunzione, e diverse costanti fisiche. Non e' necessario avere familiarità con l'equazione del diodo per analizzare i circuiti semplici del diodo, e' sufficente conoscere che la caduta di tensione in un diodo conduttore si modifica con la quantità di corrente che lo percorre, ma che questo cambiamento è abbastanza piccolo in un ampio intervallo di correnti. Questo è il motivo per cui molti libri di testo semplicemente dicono che la caduta di tensione attraverso un diodo semiconduttore rimane costante a 0,7 volt per il silicio.

Una giunzione P-N diretta può essere utilizzata, entro certi limiti, anche come dispositivo di rilevamento della temperatura.

Se la tensione inversa applicata diventa troppo grande, il diodo si pone in una condizione nota come rottura (breakdown). La massima tensione inversa in un diodo è nota come il picco di tensione inversa, o PIV, e può essere ottenuta dal documentazione del diodo.

Come la tensione diretta, la tensione PIV di un diodo varia con la temperatura, normalmente la misura del PIV di un diodo raddrizzatore è di almeno 50 volt a temperatura ambiente.

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Dal momento che un diodo è assimilabile ad una valvola unidirezionale per l'energia elettrica, siamo in grado di verificare la sua natura di senso unico utilizzando un ohmmetro alimentato a batteria, collegato il diodo in una direzione, il tester dovrebbe indicare una resistenza molto bassa, mentre collegato nell'altro senso, deve mostrare una resistenza molto elevata.

Alcuni produttori di multimetri digitale dotano i loro tester di una funzione speciale "controllo diodo" che visualizza la reale caduta di tensione diretta del diodo in volt, piuttosto che misurare la "resistenza" in ohm.

La lettura della tensione diretta ottenuta con questo tester sarà generalmente minore rispetto alla normale caduta di 0,7 volt per il silicio e di 0,3 volt per il germanio, perché la corrente fornita dal tester è molto bassa.

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Circuiti di raddrizzamento

Il raddrizzamento è la conversione della corrente alternata (AC) in corrente continua (DC), e necessita di un dispositivo che permette il flusso di elettroni in una sola direzione - un diodo.

Il tipo più semplice di circuito raddrizzatore è quello a semionda, che consente solo la metà di un'onda AC di passare attraverso il carico, il raddrizzatore a semionda, è anche un modo molto semplice per ridurre la potenza ad un carico resistivo.

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Nella figura con l'interuttore in posizione "Dim", la lampada ad incandescenza riceve circa la metà della potenza che sarebbe normalmente ricevuta lavorando su una AC ad onda intera, dato che la corrente raddrizzata che pulsa a mezz'onda e' di gran lunga più veloce del tempo che impiega il filamento per riscaldarsi e raffreddarsi e la spia non lampeggia, ma il suo filamento lavora ad una temperatura inferiore rispetto al normale e fornisce meno luce in uscita.

Questo principio di far pulsare rapidamente la potenza ad un carico di a lenta risposta per controllare la potenza elettrica inviata è comune nel mondo della elettronica industriale.

Se abbiamo bisogno di raddrizzare l'alimentazione AC per ottenere il pieno utilizzo di entrambi i cicli della metà dell'onda sinusoidale, si deve utilizzare una diversa configurazione del circuito raddrizzatore, circuito chiamato raddrizzatore onda intera.

Un tipo di raddrizzatore a onda intera utilizza un trasformatore con il secondario con collegamento cetrale e due diodi.

Nella prima metà ciclo, quando la polarità è fonte di tensione positiva (+) in alto e negativo (-) in basso. Solo la metà superiore dell'avvolgimento secondario del trasformatore porta corrente durante questa meta' del ciclo.

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Doppia polarità ad onda intera con raddrizzatore collegato al centro:

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Raddrizzatore ad onda intera, piu' comune:

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Circuito raddrizzatore a ponte poli-fase ad onda intera: fornisce una corrente continua molto piu' morbida (meno ripple della tensione) rispetto alla tensione AC monofase raddrizzata.

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