Diodi: Complementi e applicazioni

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1 SOMMO - MMUNTÀ DSTU N UN GUNZONE PN... Esempio 1 :... - DSTUZONE D UN GUNZONE PE ECCESSO D O PE ECCESSO D V... - CONNESSONE N PEO D DUE DOD... Esempio : CONNESSONE N SEE D DUE O PÙ DOD...3 Esempio 3 : DODO D E CCOZONE (CCH NDUTTV) DOD D POTEZONE CONTO EKDOWN...5 Dioi: Complementi e applicazioni prof. Cleto zzani PS Moretto rescia 1994

2 - mmunità ai isturbi in una giunzione PN Si consieri il circuito i fig. 1 si vuole illustrare la funzione svolta alla resistenza connessa in parallelo al ioo D. È eviente che risulta : V = r 1.1 inoltre : = se V < V 0 γ 1. t V se V V s = t γ fig. Curva =f(t) 1.3 l valore V s = γ 1.4 può essere consierato la soglia i corrente al i sotto ella quale la corrente nel circuito fluisce unicamente attraverso il ioo D rimane perciò interetto. l circuito trova ampie applicazioni soprattutto nei circuiti transistorizzati che funzionano in moalità ON-OFF ove si richiee i attivare una soglia che introuca un appropriato livello i immunità ai isturbi. Esempio 1 : enere immune a isturbi max=50µ una giunzione al Si (V=0,5V). l calcolo i porge immeiatamente il valore = 10 KOhm. - Distruzione i una giunzione per eccesso i o per eccesso i V. Una giunzione può istruggersi per ue istinti motivi: a) Eccesso i corrente iretta (superamento ella corrente max. iretta) b) Eccesso i tensione inversa (superamento el breakown) n entrambi i casi la istruzione ella giunzione è provocata al superamento ella potenza massima issipabile al ispositivo. Generalmente nel caso a) l'effetto termico prootto è tale a fonere e interrompere la giunzione (che apparirà a una misura esterna come un circuito aperto) mentre nel caso b) il circuito a una misura esterna appare un circuito chiuso. t r V fig. 1 Dioo con - Connessione in parallelo i ue ioi Qualora si manifesti la necessità i over rarizzare una corrente i valore superiore a quello consentito a un unico ioo si può ricorrere al collegamento in parallelo i ue o più ioi. Tuttavia nell'effettuare tale connessione è opportuno precisare quanto segue : a) ate le inevitabili iversità, le ue giunzioni non si comporteranno mai allo stesso moo: con la stessa p applicata non assorbono la meesima corrente per cui, con riferimento al circuito i fig. 3, non risulterà generalmente verificata la conizione (peraltro auspicabile): = = 1.5 fig. 3 Dioi in parallelo Cleto zzani

3 b) a mancata equiripartizione ella corrente fra i ue ioi può provocare il anneggiamento per eccesso i corrente, ella giunzione che conuce meglio (ipotizziamo per un'attimo che si tratti i ) e il conseguente e successivo anneggiamento i che a seguito ella interruzione i viene i fatto percorso all'intera intensità i corrente totale. Sorge perciò la necessità i moificare il circuito al fine i garantire una ripartizione quanto più equilibrata possibile i corrente fra i ue ioi e. Come inicato in fig. 4 si connette in serie a ciascun ioo una resistenza i valore basso imensionata utilizzano la seguente formula empirica: = 0, 5 1 V 1.6 C Con riferimento al circuito i fig. 4 si ipotizzi che conuca meglio i ; in tal caso risulta: > V > V 1.7 C D D ma poichè risulta : V = V + V = V + V D C D D fig. 4 Giunzioni PN in parallelo con i stabilizzazione si euce immeiatamente che eve essere : V > V 1.9 i fatto il circuito i fig. 4 "costringe" per così ire a conurre maggiormente se conuce maggiormente e viceversa. Esempio : Due ioi al Si a 5 evono essere connessi in parallelo; imensionare le resistenze a porre in serie a ciascun ioo: 0, 5 1 0, 5 1 = = = 0, 1 0, Ω 5 P = =, 5 5 W - Connessione in serie i ue o più ioi Qualora si manifesti la necessità i over rarizzare una tensione alternata sinusoiale il cui valore massimo è superiore alla tensione i breakown i un unico ioo si può ricorrere al collegamento in serie i ue o più ioi (vei fig. 6). Tuttavia nell'effettuare tale connessione è opportuno fare attenzione ai problemi che si incontrano: C fig. 6 Dioi collegati in serie a) ate le inevitabili iversità, le ue giunzioni non si comporteranno mai allo stesso moo nemmeno un conizioni i polarizzazione inversa: con la stessa p applicata non assorbono la meesima corrente per cui non risulterà generalmente verificata la conizione: VMX V = V = 1.10 b) a mancata equiripartizione ella tensione inversa fra i ue ioi può provocare il anneggiamento per superamento el breakown, ella giunzione che assicura l'apertura el circuito con minor corrente inversa (ipotizziamo per un'attimo che si tratti i ) e il conseguente e successivo anneggiamento i che a seguito el corto circuito su sarebbe i fatto sottoposto all'intera tensione inversa el circuito. Sorge perciò la necessità i moificare il circuito al fine i garantire una ripartizione quanto più equilibrata possibile i tensione inversa fra i ue ioi e. Come inicato in fig. 7 si connette in parallelo a ciascun ioo una resistenza i valore molto elevato imensionata con il fig. 7 Dioi connessi in serie Cleto zzani 3

4 criterio che il partitore resistivo non eve essere apprezzabilmente caricato alla corrente inversa che percorre i ioi. Esempio 3 : Due ioi al Si 1N4005 (1 600V r=30µ) evono essere connessi in serie per rettificare una tensione i valore pari a 1KV; imensionare le resistenze a porre in parallelo a ciascun ioo. i capi i ciascun ioo si presenterà una tensione inversa pari a 500V; si assuma una corrente entro il partitore resistivo pari a 10 volte la r el ioo e i conseguenza si calcoli la. V NV 500 = = = 1, 6 MΩ ( 1, 5 MΩ) r - Dioo i libera circolazione (carichi inuttivi). Come è noto allo stuio ei fenomeni transitori che riguarano i carichi ohmici inuttivi, la brusca interruzione i corrente provoca una elevata sovratensione ai capi ell'interruttore (circuito i fig. 8 ). 'effetto è tanto più marcato e annoso tanto più rapia è la interruzione el circuito. Ne consegue che se al posto i un interruttore traizionale viene impiegato un interruttore elettronico (JT, JFET o MOSFET) nel passaggio allo stato ON (interruttore chiuso) allo stato OFF (interruttore aperto) l'interruttore allo stato solio viene quasi certamente istrutto in quanto la p che si presenta fra C (collettore) e E (emettitore) in caso i JT (o fra rain e source in caso i FET) supera i gran lunga la tensione i breakown el componente. Si tenga presente che nella inuttanza percorsa all'intensità i corrente viene immagazzinata energia magnetica ata all'espressione: fig. 8 nterruzione i un carico inuttivo in corrente continua W = 1 m 1.11 interruttore aperto poichè assume valore nullo, l'energia tene a zero. a variazione i energia nell'inuttanza ovviamente avviene in un tempo finito. Per consentire uno smaltimento ell'energia senza prourre sovratensioni ai capi ell'interruttore si può collegare in parallelo al carico inuttivo un ioo volano (o ioo i libera circolazione). Tale ioo risulta polarizzato inversamente finchè risulta chiuso. Non appena viene aperto la sovratensione prootta nell'inuttanza polarizza irettamente e consente così un grauale smaltimento ell'energia accumulata nell'inuttanza. l transitorio i apertura, i tipo esponenziale è caratterizzato alla costante i tempo: τ = r 1.1 ove con r si è inicato il valore complessivo ella resistenza ell'inuttanza e el ioo. Consierato che il valore i r è generalmente basso la costante i tempo risulterà i valore elevato. n talune applicazioni (relè rapii pilotati a JT) è essenziale riurre quanto piú possibile tale costante i tempo; si provvee allora a collocare in serie al ioo una resistenza i valore opportuno in moo che la costante i tempo assuma il valore esierato (circuito i fig. 9 C): τ = 1.13 r + C Vcc D Dz D3 fig. 9 nterruzione i un carico inuttivo in corrente continua Cleto zzani 4

5 l valore prescelto per ovrà essere compatibile con la necessità i contenere entro valori accettabili la sovratensione che si presenta ai capi i nel momento ell'apertura el circuito. + < V 1.14 V < 1.15 Si noti che il valore i è conizionato all'intensità i corrente che normalmente percorre il carico inuttivo (con chiuso). Nel circuito i fig. 9 D ovrà essere verificata la conizione: DZ fig. 10 nterruzione i un carico inuttivo in c.c. a cui: + VZ < V 1.16 VZ < V 1.17 ltro tipo i circuito molto usato è quello i fig 10; in esso il ioo zener DZ è isposto in parallelo all'interruttore ; in tale circuito la Vz eve soisfare le conizioni : V1 ED < VZ < V Dioi i protezione contro il reakown ioi ED (light emitting ioe) sono caratterizzati a un basso valore ella tensione i breakown (attorno ai 3-5V). isogna prestare molta attenzione quano essi evono essere alimentati in corrente alternata. n fig. 11 vengono presentati ue circuiti nei quali il ioo protegge il ED al pericolo i breakown. Nel primo esempio è connesso in serie al ED quini entrambi risultano polarizzati irettamente (se V1 è positiva) o inversamente (se V1 è negativa). Nel secono esempio è connesso in antiparallelo (Catoo i con noo el ED) perciò se il ED risulta polarizzato irettamente, è polarizzato inversamente, se il ED risulta polarizzato inversamente, è polarizzato irettamente con conseguente effetto protettivo sul breakown el ED. --- V ED fig. 11 Protezione contro il breakown alimentano ED in c.a. Cleto zzani 5

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