Diodo
Definizione
• Elemento circuitale non lineare: la
caratteristica volt-amperometrica non è
una retta come per la resistenza
• È formato da semiconduttori drogati: una
parte è drogata di tipo N e una parte
drogata di tipo P
• Il drogaggio favorisce la conduzione
Struttura del diodo
N
catodo
P
anodo
Classificazione dei diodi
•
•
•
•
•
•
Diodi raddrizzatori
Diodi zener
Diodi LED
Fotodiodi
Diodi varicap
Diodi schottky
Diodo ideale
• Il diodo funziona solo se viene polarizzato
direttamente
• Un diodo ideale è polarizzato direttamente se il
polo positivo della batteria è collegata all’anodo
e il polo negativo al catodo
R
+
Polarizzazione diretta
R
+
Polarizzazione inversa
Caratteristica tensione corrente di
un diodo ideale
I
Polarizzato
direttamente
Polarizzato
inversamente
-
+
+
-
v
Porte logiche con i diodi
+V
OFF
S1
D1
OFF
S1
ON
S2
D2
ON
S2
R
+
V0
5V
R
D1
D2
V0
+
5V
OR
AND
S1
S2
V0
S1
S2
V0
OFF
OFF
L
OFF
OFF L
OFF
ON
H
OFF
ON
ON
OFF
H
ON
OFF L
ON
ON
H
ON
ON
L
H
Diodo reale
La caratteristica volt-amperometrica è più complessa
Polarizzato
inversamente
-
Polarizzato
direttamente
+
-
I (mA)
+
vB
vg
Is=10-9-10-6A
v
Livelli di approssimazione del diodo reale
I
I
Polarizzato
direttamente
Polarizzato
inversamente
-
Polarizzato
inversamente
-
+
+
VD
+
+
-
v
Vg
-
v
Il diodo è considerato con resistenza infinita
se v<vd altrimenti ha resistenza nulla
Il diodo è considerato con resistenza infinita
se v<vd altrimenti ha resistenza costante
Circuiti raddrizzatori
D1
V1
-1/1V
• Raddrizzatore a una semionda
R1
1k
1kHz
Segnale
1.000 V
A: v1_1
in ingresso
0.500 V
0.000 V
-0.500 V
-1.000 V
0.000ms
1.000ms
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms
400.0mV
A: d1_k
Segnale
in
300.0mV
uscita sulla
200.0mV
resistenza
100.00mV
0.000mV
-100.00mV
0.000ms
1.000ms
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms
Raddrizzatore a una semionda
Corrente 100.0uA
A: r1[i]
attraverso
0.000uA
il resistore
-100.00uA
-200.0uA
-300.0uA
-400.0uA
0.000ms
1.000ms
Vop  Vip  VD
Vom 
Vop
Voeff 

Vop
Vo
Io 
RL
2
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms
Vop è la tensione di picco in uscita; Vip è la
tensione di picco in ingresso.
Vd la tensione del diodo quando conduce. Nel
caso ideale Vd=0.
Vom è la tensione media in uscita e Voeff la
tensione efficace in uscita
Raddrizzatore a doppia semionda
Raddrizzatore con trasformatore a presa centrale
V1
-5/5V
T
500 Hz
D1
D2
1 to 1
A: t_3
A
R1
B
2.500 V
1.500 V
0.500 V
-0.500 V
-1.500 V
-2.500 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
Segnale misurato nel punto A
6.000ms
8.000ms
10.00ms
Raddrizzatore a doppia semionda con
trasformatore a presa centrale
A: t_5
2.500 V
1.500 V
0.500 V
-0.500 V
-1.500 V
-2.500 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
6.000ms
8.000ms
10.00ms
Segnale misurato nel punto B del circuito
A: d1_k
2.250 V
1.750 V
1.250 V
0.750 V
0.250 V
-0.250 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
Segnale in uscita
6.000ms
8.000ms
10.00ms
Raddrizzatore a doppia semionda
il ponte di Graetz
V1
-5/5V
T1
A
500 Hz
1 to 1
R1
1k
Il ponte di Graetz
5.000 V
Segnale
A: v1_1
in
3.000 V
ingresso
1.000 V
-1.000 V
-3.000 V
-5.000 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
6.000ms
8.000ms
10.00ms
4.500 V
Segnale
ai
A: d1_3
capi del 3.500 V
resistore2.500 V
1.500 V
0.500 V
-0.500 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
6.000ms
8.000ms
10.00ms
Raddrizzatore a doppia semionda
• Con trasformatore a presa
centrale
Vop  Vip  VD
Vom 
2Vop
Voeff 
Vop

Vo
Io 
RL
• Con il ponte di Graetz
Vop  Vip  2VD
Vom 
2Vop
Voeff 
Vop

2
Io 
Vo
RL
2
Alimentatore con filtro capacitivo
T1
1to1
V1
-5/5V
D1
500 Hz
V0
A: d1_k
C1
1uF
R1
10k
V0
D V0
4.500 V
3.500 V
2.500 V
1.500 V
0.500 V
-0.500 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
6.000ms
8.000ms
10.00ms
Alimentatore con filtro capacitivo
V1
-220/220V
T
10TO1CT
500 Hz
V0
A: c1_2
D1
R1
D2
C1
1uF
V0
12.50 V
7.500 V
2.500 V
-2.500 V
-7.500 V
-12.50 V
0.000ms
1.000ms
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms
Alimentatore con filtro capacitivo
V1
-220/220V
T1
10TO1
50 Hz
A: d1_3
V0
R1
10k
C1
100uF
V0
22.50 V
17.50 V
12.50 V
7.500 V
2.500 V
-2.500 V
0.000ms
20.00ms
40.00ms
60.00ms
80.00ms
100.0ms
Un po’ di calcoli
•
Affinchè la tensione continua sia ben livellata la costante di tempo RC
deve essere grande rispetto al periodo della tensione in ingresso
•
La tensione continua in uscita è circa il valore medio della tensione in
ingresso. Risulta quindi:
DVo
Vom  Vcc  Vop 
2
DQ
DVo 
C
Un po’ di calcoli
Detto T il periodo della tensione in ingresso, si ha:
Una semionda
D Q  I oT
Io
DVo 
fC
VCC
Io
 Vop 
2 fC
Doppia semionda
T
DQ  I o
2
Io
DVo 
2 fC
Io
Vcc  Vop 
4 fC
Fattore di Ripple
Rapporto tra il valore efficace dell’ondulazione
residua e la tensione continua di uscita
Vr
r
Vcc
Poiché si suppone che l’andamento della tensione in uscita
sia a dente di sega, il suo valore efficace è
DV0
Vr 
2 3
Alimentatore come generatore reale
Vcc
V0p

Vcc*
I0 *
Ro  tg 
Vop  Vcc*
I o*
I0
Per l’alimentatore a semionda
Ro 
1
1
r 
2 fC
2 3 fCRL
Per l’alimentatore a onda intera
1
1
Ro 
r 
4 fC
4 3 fCRL
Circuiti limitatori
Tenendo conto che il diodo conduce se il potenziale all’anodo è maggiore di quella
Del catodo e, che la differenza tra i due potenziali è maggiore di Vg
R1
1k
V1
-5/5V
D1
Vo
+ V2
1V
1kHz
•La tensione di livello VL= V2+ VD
A: d1_a
Vo
2.000 V
VL
0.000 V
-2.000 V
-4.000 V
-6.000 V
0.000ms
1.000ms
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms
Circuiti limitatori
R1
1k
V1
-5/5V
D1
+ V2
1V
1kHz
D2
+
V3
1V
Vo
•Le tensioni di livello: VL1= V2+ VD1; La tensione di livello VL2= -(V3+ VD2)
A: d1_a
Vo
2.000 V
VL1
1.000 V
0.000 V
-1.000 V
-2.000 V
0.000ms
VL2
1.000ms
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms
Circuiti clamper o circuiti fissatori
C1
1uF
V1
-5/5V
D1
500 Hz
VI
A: v1_1
vo
5.000 V
3.000 V
1.000 V
-1.000 V T0
T1 T2
T3
T4
T5
-3.000 V
-5.000 V
0.000ms
vo
A: c1_2
2.000ms
4.000ms
6.000ms
8.000ms
10.00ms
2.500 V
-2.500 V
-7.500 V
2Vip
-12.50 V
0.000ms
2.000ms
4.000ms
6.000ms
8.000ms
10.00ms
Circuito clamper in quattro fasi
• T0-T1 il condensatore si carica e il diodo conduce. La d.d.p ai
suoi capi è quasi nulla. Da T1 il diodo è sempre interdetto e il
condensatore sempre carico
• T1-T2 Il diodo è interdetto, il condensatore non si scarica e il
circuito è aperto. Lo stesso vale per i periodi successivi: T2-T3;
T3-T4; T4-T5
• In conclusione vale sempre:
v0 (t )  vi (t )  Vip
Duplicatore di tensione
D1
DIODE
D2
DIODE
V1
-5/5V
C1
1mF
R1
1k
C2
1mF
vo
1kHz
A: d1_k
vo
9.000 V
7.000 V
5.000 V
3.000 V
1.000 V
-1.000 V
0.000ms
1.000ms
2.000ms
3.000ms
4.000ms
5.000ms