Tutorial
I componenti elettronici a semiconduttore, diodi e transistror, sono chiamati componenti attivi, poichè con essi si possono realizzare dei dispositivi ai quali applicando un segnale a bassa potenza sui terminali d'ingresso, si potrà prelevare un segnale corrispondente a potenze più elevate, (guadagno). Il diodo, come esempio più semplice, è considerato impropriamente un componente attivo, perchè si distingue dai componenti passivi per il fatto che presenta una resistenza bassa per i segnali di una certa polarità, mentre una resistenza alta per i segnali di polarità opposta, senza aumentare la potenza.
Il principio di funzionamento dunque si basa sulla capacità di trasferimento di elettroni dalla zona P alla zona N, chiamato fenomeno di diffusione, e a seconda della polarizzazione che gli viene applicata ai suoi capi.
Bisogna ricordare che con la polarizzazione diretta, anche con piccoli variazioni di tensione, superiori al valore di soglia o tensione lavoro, pari a circa 0,7 Volt, si hanno forti variazioni di corrente, chiamate correnti dirette (vedere disegno curva diodo). In questo caso la corrente cresce rapidamenente al minino aumento della tensione applicata ai suoi capi.
Il diodo, il cui simbolo elettrico è visibile in figura, è il più semplice componente a semiconduttore, chiamato anche diodo a giunzione, il cui funzionamento è permesso grazie alla giunzione P-N, la quale permette il flusso della corrente in una sola direzione e bloccandola nel verso opposto.
Essi sono una componente principale per i circuiti elettrici, sia per le loro caratteristiche che per il loro principio di funzionamento, che è alla base di altri componenti, ricordando ad esempio i transistor bipolari, i quali utilizzano due diodi in serie.
Giunzione P-N:
La realizzazione di molti componenti attivi a semiconduttore in elettronica, è dovuta alla realizzazione ed utilizzo della giunzione P-N; essa viene realizzata sia nei diodi che nei transistor tramite processi di fabbricazione automatizzati, utilizzando essenzialmente il Germanio ed il Silicio come materiale semiconduttore.
Essa è un cristallo a semiconduttore, formato da due zone o regioni, come visibili in figura, la zona P e la zona N adiacenti l'una con l'altra e di materiali semiconduttori diversi, di cui la prima è formata appunto da silicio drogato con boro ed ha eccedenza di elettroni, mentre la seconda, è formata da silicio con una piccolissima quantità di fosforo ad eccedenza di lacune. Le lacune sono portatrici di carica elettrica, le quali contribuiscono al passaggio della corrente elettrica nei semiconduttori.
Il principio di funzionamento dunque si basa sulla capacità di trasferimento di elettroni dalla zona P alla zona N, chiamato fenomeno di diffusione, e a seconda della polarizzazione che gli viene applicata ai suoi capi.Infatti se alla zona P gli si apllica una tensione positiva rispetto alla zona N (in questo caso parliamo di polarizzazione diretta), si riduce l'altezza della barriera tra le due zone, e di conseguenza le lacune, che sono portatori maggioritari della nella zona P, passano per diffusione nella N; in quest'ultima zona aumenterà la concentrazione dei portatori minoritari (lacune) e aumenterà la ricombinazione con gli elettroni. Lo stesso maccanismo viene adottato per gli elettroni liberi che passano dalla zona N alla zona P.
Bisogna ricordare che con la polarizzazione diretta, anche con piccoli variazioni di tensione, superiori al valore di soglia o tensione lavoro, pari a circa 0,7 Volt, si hanno forti variazioni di corrente, chiamate correnti dirette (vedere disegno curva diodo). In questo caso la corrente cresce rapidamenente al minino aumento della tensione applicata ai suoi capi.Applicando invece una tensione esterna in modo tale che la zona P risulti negativa rispetto alla zona N (polarizzazione inversa), si aumenta l'altezza della barriera. Di conseguenza diminuiscono notevolmete i portatori maggioritari in grado di superarla, mentre aumenterà il flusso di portatori dalle zone nella quale sono minoritari, alle zone in cui divengono maggioritari. Il valore di questo flusso è molto limitato dalla scarsità di questi portatori, e di conseguenza si ha una piccolissima corrente rispetto alla precedente chiamata corrente inversa.
In parole povere nel caso della polarizzazione inversa, la giunzione lascia passare solo un valore piccolissimo di corrente, il quale può ritenersi quasi nullo, fino a che la tensione non scenderà sotto il valore critico, chiamato tensione di rottura (dall'inglese tensione di break-down), in cui la giunzione verrà danneggiata.
Questo è il motivo per cui il diodo conduce in un solo verso, e cioè nel caso di polarizzazione diretta.