Elettronica I Il diodo a giunzione
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1 Elettroica I Il diodo a giuzioe Valetio Liberali Diartimeto di Tecologie dell Iformazioe Uiversità di Milao, Crema liberali@dti.uimi.it htt:// liberali Elettroica I Il diodo a giuzioe. 1 Programma Parte 6 6. Disositivi e circuiti elettroici. (a) I semicoduttori. (b) Il diodo a giuzioe. (c) Il trasistore biolare a giuzioe. (d) Il trasistore MOS. (e) La tecologia CMOS. (f) Porte logiche i tecologia CMOS. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 2 1
2 Giuzioe giuzioe I ua struttura moocristallia i cui c è ua arte di silicio drogato e ua arte di silicio drogato, la suerficie di searazioe tra le due zoe si chiama giuzioe. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 3 Diodo a giuzioe A aodo K catodo Il disositivo iù semlice realizzato co ua giuzioe è il diodo. Il termiale collegato alla regioe drogata è il termiale ositivo (aodo); quello collegato alla regioe drogata è il termiale egativo (catodo). Il diodo NON è simmetrico. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 4 2
3 Prorietà della giuzioe (1/3) cariche fisse regioe di svuotameto I rossimità della giuzioe, i ortatori si ricombiao: rimae ua zoa riva di cariche mobili, ma co le cariche fisse (di sego oosto) degli atomi accettori e doatori. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 5 Prorietà della giuzioe (2/3) cariche fisse regioe di svuotameto La regioe di svuotameto o è elettricamete eutra e si chiama ache regioe di carica saziale. Il suo comortameto è aalogo a quello di ua caacità (accumulo di cariche fisse seza ortatori e quidi seza assaggio di correte) caacità di giuzioe Elettroica I Il diodo a giuzioe. 6 3
4 Prorietà della giuzioe (3/3) A aodo K catodo V Ai cai della caacità di giuzioe c è ua tesioe V co sego oosto al sego dei termiali del diodo: questa tesioe imedisce ai ortatori liberi di attraversare la regioe di carica saziale. I queste codizioi, el diodo o assa correte. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 7 Diodo olarizzato iversamete U diodo è olarizzato iversamete quado ai suoi cai è alicata ua tesioe discorde risetto ai segi dei termiali del diodo. La regioe di svuotameto si allarga erché i ortatori vegoo attirati dalla tesioe alicata. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 8 4
5 Diodo olarizzato direttamete U diodo è olarizzato direttamete quado ai suoi cai è alicata ua tesioe cocorde risetto ai segi dei termiali. Se la tesioe è iccola, la regioe di svuotameto si restrige. Se la tesioe è grade, la regioe di svuotameto si aulla e il diodo coduce ua correte elevata. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 9 Caratteristica tesioecorrete (1/2) correte (A) tesioe (V) Il assaggio alla coduzioe è graduale: I D = I S (ex ( qvd ) ) 1 kt q = carica dell elettroe; k = costate di Boltzma; T = temeratura assoluta (i kelvi) Elettroica I Il diodo a giuzioe. 10 5
6 Caratteristica tesioecorrete (2/2) I D diodo seto ("off") diodo i coduzioe ("o") V γ = 0.7 V V D Per la maggior arte dei roblemi ratici, la caratteristica esoeziale uò essere arossimata da ua caratteristica ideale: I D = 0 se V D < V γ off (seto) I D > 0 se V D = V γ o (acceso) dove V γ è la tesioe di soglia (circa 0.7 V er u diodo i silicio). Elettroica I Il diodo a giuzioe. 11 Risoluzioe di circuiti co diodi La soluzioe esatta di u circuito co diodi richiede di risolvere u equazioe o algebrica coteete termii esoeziali (o logaritmici). Ivece, arossimado la caratteristica esoeziale co la caratteristica ideale, si ottiee u circuito descritto da u modello liearizzato che uò essere facilmete risolto el modo seguete: 1. Si fa u iotesi sul fuzioameto di ciascu diodo (OFF I D = 0; ON V D = V γ ). 2. Si risolve il circuito (sistema lieare). 3. Si verifica l iotesi (se il diodo è OFF deve risultare V D < V γ ; se il diodo è ON deve risultare I D > 0). 4. Se l iotesi è verificata er ciascu diodo, allora la soluzioe trovata è corretta. Altrimeti, si tora al uto 1 cambiado l iotesi. Elettroica I Il diodo a giuzioe. 12 6
7 Esercizio Gli elemeti del circuito i figura hao i segueti valori: V 0 = 5 V, R 1 = 10 kω, R 2 = 2.2 kω, e R 3 = 1.5 kω. Il diodo D è u LED i arseiuro di gallio e coduce, emettedo luce, quado è olarizzato direttamete co tesioe V γ = 1.3 V. Si calcoli la correte el diodo, quado: A. il geeratore di correte I 0 eroga ua correte ulla; B. il geeratore di correte I 0 eroga ua correte ari a 3 ma. A V 0 R 1 R 2 I0R 3 D B Elettroica I Il diodo a giuzioe. 13 7
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