Applicazione dei diodi

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Categoria:	Ricerche
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Data:	21.01.2002
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- APPLICAZIONI DEI DIODI -
Cenno teorico: Il diodo è un componente passivo realizzato a partire da un cristallo di materiale semiconduttore (Si, Ge) tetravalente, drogato con elementi accettori (B, Ga, In, Al) trivalenti e donatori (P, As, Sb) pentavalenti. Si ottiene così un cristallo formato da due zone, rispettivamente di tipo p, dove i portatori maggioritari sono le lacune, ed n, dove i portatori maggioritari sono gli elettroni. Fra le due zone si crea dunque una giunzione pn. Il flusso dei portatori attraverso la giunzione è determinato dalla tensione applicata ai suoi capi, ossia dalla tensione V applicata fra i due terminali del diodo, anodo e catodo.

1° ESPERIENZA: verifica della caratteristica tensione corrente del diodo
Schema elettrico:

Procedimento: In questa piccola prova dimostrativa, il nostro obiettivo era visualizzare la caratteristica tensione-corrente del diodo. Servendoci della proprietà dei diodi, che entrano in conduzione solo dopo un certo valore di tensione, Vo ( 0,6V), abbiamo applicato al circuito un trimmer che ci ha permesso di applicare valori di tensione progressivi sul carico e sul diodo. In seguito abbiamo elaborato una tabella in cui avevamo prefissato determinati valori di tensione. È stato necessario, al fine di ottenere una curva più attendibile, effettuare rilevazioni più “fitte” prima del ginocchio della curva (prima del valore V in poche parole).In fine abbiamo ottenuto i seguenti valori:
Tabelle e Grafici:
La tabella riporta i valori , , dove: rappresenta la tensione sul diodo e la tensione sul carico; naturalmente, è (per la legge di Ohm) il rapporto tra tensione e resistenza. Si noti dal grafico che il diodo entra in conduzione solo dopo il passaggio da 0 a 0,13 di . Il grafico potrebbe essere male interpretato causa l’eccessiva “lunghezza” di V , che sappiamo essere molto ridotta rispetto alla totalità della curva, in realtà, se avessimo eseguito più rilevazioni il grafico sarebbe risultato certamente più completo.
La seconda parte dell’esperienza prevedeva l’analisi e la visualizzazione della caratteristica tensione-corrente del diodo tramite oscilloscopio. A differenza degli altri grafici abbiamo posto come asse delle X il canale 2 e come asse delle Y il canale1, per problemi di polarizzazione la curva risultava rovesciata (era come avere i puntali di un voltmetro rovesciati) abbiamo ovviato a questo problema invertendo l’asse delle ordinate ( pulsante “INVERT” dell’oscilloscopio) il grafico così ottenuto è identico al precedente.
2° ESPERIENZA: raddrizzatore ad una semionda
Schema elettrico:

Procedimento: Il circuito esaminato è un raddrizzatore, i circuiti raddrizzatori convertono una tensione alternata con valore medio nullo in un tensione unipolare con valore medio diverso da zero. In questo caso si tratta di un circuito raddrizzatore ad una semionda: durante la semionda negativa di il diodo è polarizzato inversamente e pertanto la tensione di uscita è nulla; la seminda positiva di viene invece trasferita all’uscita perché il diodo è in conduzione. In questo caso la tensione totale che agisce è pari a .
Il grafico sopra riportato indica in rosso la e in Blu la tensione in uscita dal circuito che vuol essere .
3° ESPERIENZA: Limitatore a diodi
prima parte
Schema elettrico:

Procedimento: in questa esperienza abbiamo anizzato i limitatori, questa caratteristica dei diodi serve a visualizzare una forma d’onda e trasferire in uscita solo le parti superiori o inferiori ad una determinata tensione di riferimento o comprese tra due tensioni di riferimento. Il circuito era sottoposto ad una tensione di 6Vpp e la R1 serve a limitare la corrente d’entrata al diodo. Abbiamo deciso di limitare la tensione sotto la V del diodo e l’oscilloscopio ci ha permesso di correlare il valore di entrata e il volore di uscita della tensione. Nel primo semiperiodo il diodo è polarizzato direttamente e nella semionda positiva comparirà solo V il cui modello equivalente è un cortocircuito; il diodo ha però una resistenza interna quindi si avrà una caduta di tensione pari a Vi.
Invertendo la polarità del diodo il grafico si ”rovescerà” .
Seconda parte

Schema elettrico:

Procedimento: In questo secondo caso al circuito si aggiunge un trimmer che, opportunamente regolato ad una tensione che varia da 1 a 2 Volt, si ottiene una caduta che viene aggiunta a VI. Il diodo è attraversato da una tensione massima pari a 3 Volt che sommata alla caduta sul diodo crea una V a 5,5 Volt.

È evidente che il circuito si comporta come un diodo Zener.
4° ESPERIENZA: Limitatori a Zener
Prima parte
Schema elettrico:

Procedimento: Questa esperienza implica l’uso di un diodo Zener associato al precedente diodo. I diodi Zener vengono costruiti per un funzionamento nella zona di breakdown. Essi sono caratterizzati da una tensione inversa di Breakdown detta tensione di Zener particolarmente stabile e definita, in corrispondenza alla quale la caratteristica tensione- corrente diventa quasi verticale. Qui la resistenza dinamica è piccolissima e la variazione della corrente Iz è “trascurabile” (poiché non determina una variazione sostanziale di tensione ai capi del diodo). Per questi motivi esso viene usato come stabilizzatore della tensione di uscita contro variazioni della tensione di ingresso e del carico applicato.
Al fine di rappresentare una curva più attendibile abbiamo utilizzato una tensione abbastanza elevata. Per le proprietà prima citate sul catodo del primo diodo avremo la V zener, a questo punto si distinguono due casi:
➢ Quando la tensione di ingresso supera il valore di Vz + VQ il primo diodo è polarizzato direttamente, quindi conduce.
➢ Quando la tensione di ingresso è minore di Vz + V+, D1 è interdetto e si può considerare come un circuito aperto, quindi viene trasferito in uscita il segnale di ingresso.
Seconda parte
Schema elettrico:

Procedimento: Questa esperienza, simile alla precedente, al posto del normale diodo viene utilizzato un diodo zener ; i due diodi presentano il catodo collegato far loro. A questo punto è necessario fare una distinzione:
➢ Quando si presenta la semionda positiva: il Dz1 è polarizzato direttamente mentre, Dz2 è polarizzato inversamente. Quando il diodo Zener è polarizzato direttamente, ha un funzionamento analogo a quello di un normale diodo; il primo caso è dunque riconducibile all’esperienza precedente.
➢ Quando si presenta la semionda negativa: il Dz1 è polarizzato inversamente, mentre il Dz2 è polarizzato direttamente. Si verificherà una forma d’onda specchiata rispetto alla precedente, la cui ampiezza verrà cimata al valore –(Vz+Vz)
Abbiamo visualizzato dunque questo grafico:
5° ESPERIENZA: Fissatori a diodi
Schema elettrico:

Procedimento: in questa esperienza rappresenta un circuito fissatore, che consente di fissare uno degli estremi di variazione di un segnale ad una determinata tensione di riferimento. Esaminando il circuito dal punto di vista ideale, si procede per quarti di periodo. Nel primo quarto di periodo all’istante iniziale, supponendo il condensatore scarico, esso si carica seguendo Vi fino al valore massimo. La tensione Vo è pertanto nulla. Nel secondo quarto di periodo a frequenza, il condensatore è un cortocircuito. Il diodo risulta quindi un circuito aperto, perciò sui trasmette l’ingresso all’uscita. La tensione C rimane al valore massimo Vr, non potendo scaricarsi sul diodo. Successivamente la tensione sul condensatore si mantiene Vc = Vim e il diodo rimane in interdizione, mentre la tensione di uscita vale: Vo=Vi-Vc. Nel caso visto da noi in laboratorio non poteva certo trattarsi di un caso ideale, i diodi presentano una loro Vo che modifica il grafico “sollevandolo” di V”.

E come se avessi una componente continua pari a Vm, abbiamo quindi fissato la tensione massima a –2Vm. Da notare che l’oscilloscopio visualizza solo segnali ripetitivi, quindi la carica del condensatore non si visualizzerà nei periodi successivi, poiché la carica si verifica solo all’inizio.
6° ESPERIENZA: Circuito raddrizzatore di picco