Si dice diodo un componente a due morsetti al cui interno vi è una giunzione P-N. Il terminale del diodo collegato alla zona P si dice anodo; il terminale collegato alla zona N si dice catodo. Il simbolo elettrico del diodo è il seguente:
La freccia indica il verso della corrente.
diodi commerciali
Per il diodo vi è una caratteristica diretta, che si ottiene polarizzando il diodo direttamente. Per ricavare la caratteristica diretta è sufficiente un circuito come il seguente:
in cui si applica una tensione E variabile da zero fino al valore massimo e contemporaneamente si misura la corrente del diodo ID e la tensione del diodo VD. Da notare che il voltmetro V misura la tensione ai capi del diodo VD. Invece l'amperometro A misura la corrente del diodo ID più la corrente del voltmetro IV; quindi per ricavare ID si usa la seguente formula: ID = IA - IV. Fatto un numero adeguato di misure si riportano i valori su un diagramma e la caratteristica diretta è la seguente:
Notiamo che fino alla tensione di soglia Vg la corrente è praticamente nulla; superata la tensione di soglia la corrente aumenta di molto e in maniera quasi lineare.
Per il diodo vi è una caratteristica inversa, che si ottiene polarizzando il diodo inversamente. Per ricavare la caratteristica inversa è sufficiente un circuito come il seguente:
in cui si applica una tensione variabile da zero fino al valore massimo e contemporaneamente si misura la corrente ID e la tensione VD. Fatto un numero adeguato di misure si riportano i valori su un diagramma e la caratteristica inversa è la seguente:
Notiamo che la corrente inversa è molto piccola, in pratica si mantiene ad un valore costante I0, detta corrente inversa di saturazione.
Consideriamo il seguente circuito:
Il generatore di tensione E fornisce una tensione che polarizza direttamente il diodo. Applicando il secondo principio di Kirchhoff delle tensioni otteniamo:
E = VD + V1
Dove VD è la caduta di tensione ai capi del diodo e V1 la caduta di tensione ai capi di R1, cioè V1 = R1 ID.
Tale equazione è detta equazione della retta di carico. La retta di carico può essere rappresentata sulla caratteristica diretta del diodo. Come vediamo nel seguente schema:
Poniamo: E = 2 V ; R1 = 0,1 W ; Diodo = BYW29
Per disegnare la retta occorrono due punti. Un primo punto si ottiene imponendo che la corrente del diodo sia nulla, cioè ID = 0; di conseguenza nell'equazione otteniamo E = VDMAX. Sull'asse orizzontale riportiamo il punto di coordinate (E ; 0), nel nostro caso (2 ; 0).
Il secondo punto si ottiene imponendo che VD sia nulla e quindi nell'equazione della retta di carico otteniamo: E = R1 ID. da cui IDMAX = E/R1; nel nostro caso = 2/0,1 = 20 A Tale corrente è la massima consentita dal circuito lasciando costante sia E che R1. Sull'asse verticale riportiamo il punto di coordinate (0; IDMAX), nel nostro caso (0; 20). Unendo i due punti disegniamo la retta di carico.
In definitiva la retta di carico rappresenta tutti i punti possibili di funzionamento se non ci fosse il diodo. La caratteristica diretta del diodo rappresenta tutti i punti possibili di funzionamento se non ci fosse il resistore. L'unico punto possibile di funzionamento è dato dall'intersezione della retta di carico con la caratteristica diretta del diodo, cioè il punto P. Il punto P è detto punto di lavoro. Per ricavare la vera tensione del diodo si parte da P e si tira una linea verticale che interseca l'asse orizzontale nel punto VD, che, letto nella scala delle tensioni, rappresenta la tensione ai capi del diodo, nel nostro caso VD = 1,1 V. Per ottenere la corrente del diodo si tira una linea orizzontale partendo da P sino ad incontrare l'asse verticale. Il punto di incontro ID rappresenta nella scala delle correnti la reale corrente del diodo, nel nostro caso ID = 9 A.
Un circuito si dice raddrizzatore quando riceve in ingresso un segnale di tipo sinusoidale e dà in uscita una tensione non più alternata ma avente un solo segno. Tale tipo di tensione viene detta unidirezionale pulsante. Un raddrizzatore si dice ad una semionda se sfrutta solo una semionda del segnale di ingresso, cioè tutte le semionde positive, oppure tutte le semionde negative. Un raddrizzatore si dice a due semionde quando sfrutta sia le semionde positive che le semionde negative.
Lo schema di un circuito raddrizzatore ad una semionda è il seguente:
Le forme d'onda sono le seguenti:
Come vediamo dal circuito, durante la semionda positiva del segnale di ingresso il diodo è polarizzato direttamente e si comporta come un corto circuito facendo passare in uscita tutta la semionda positiva, senza deformarla. Si tenga conto che trascuriamo la tensione di soglia del diodo.
Quando in ingresso arriva la semionda negativa il diodo è polarizzato inversamente e si comporta come un circuito aperto; la semionda negativa non può arrivare in uscita e quindi la tensione di uscita è nulla. Trascuriamo, in questo caso, la corrente inversa di saturazione I0.