Diodi a giunzione p/n.

Transcript

1 iodi a giunzione p/n. 1 iodi a giunzione p/n. anodo caodo Fig. 1 - Simbolo e versi posiivi convenzionali per i diodi. diodi sono disposiivi eleronici a 2 erminali caraerizzai dalla proprieà di poer condurre correni molo maggiori in un verso che nel verso opposo; aualmene quelli più comunemene usai sono i diodi a giunzione p/n la cui sruura schemaica è rappresenaa nella figura 2. Silicio monocrisallino nel cui reicolo un aomo di Si ogni è sosiuio da un aomo di B (o alro elemeno rivalene p-si n-si Silicio monocrisallino nel cui reicolo un aomo di Si ogni è sosiuio da un aomo di P (o alro elemeno penavalene giunzione Fig. 2 - Sruura schemaica di un diodo a giunzione p+/n. Modelli resisivi dei diodi. γ (a (b Fig. 3 - Caraerisiche dei modelli (a a soglia nulla, (b a soglia non nulla. principali modelli che inerpreano il comporameno essenziale di un diodo a giunzione sono i resisori con caraerisica ensione-correne non lineare descrii nel seguene elenco con riferimeno alla figura 1. Modello a soglia nulla: Modello a soglia: = 0 per 0 (conduanza differenziale : g = 0 = 0 per 0 (resisenza differenziale : r = 0 = 0 per γ (conduanza differenziale : g = 0 = γ per 0 (resisenza differenziale : r = 0 nelle quali γ assume generalmene valori compresi fra 0.6 e 0.8 vol.

2 iodi a giunzione p/n. 2 γ (a (b Fig. 4 - Caraerisiche dei modelli (a a soglia e resisenza, (b esponenziale. Modello a soglia e resisenza: Modello esponenziale: = 0 per γ (conduanza differenziale : g = 0 = γ + S per 0 (resisenza differenziale : r = S = S (e T 1 ovvero = T ln 1 + S (conduanza differenziale : g = OP+ S T (resisenza differenziale : r = OP T T OP + S T OP nelle quali T = kt q è la ensione ermica; k indica qui la cosane di Bolzmann ( J/ K, T è la emperaura assolua e q il valore assoluo della carica eleronica ( C. La correne S viene dea correne di saurazione ed è proporzionale all area della giunzione, essendo la corrispondene densià di correne dell ordine di A/µm 2 (quindi S 1fA per un area di 100µm 2. Modello esponenziale con coefficiene di emissione: = S (e N T 1 ovvero = N T ln 1 + S (conduanza differenziale : g = OP+ S N T OP N T (resisenza differenziale : r = N T OP + S N T OP Modello esponenziale con coefficiene di emissione e resisenza: = N T ln 1 + S + S (resisenza differenziale : r = N T OP + S + S N T OP + S Esempi di applicazioni dei diodi. E Fig. 5 - Un semplice circuio con diodo.

3 iodi a giunzione p/n. 3 l più elemenare circuio conenene un diodo è rappresnao nella figura 5: dai i parameri E, e un modello di, si vuole calcolare la correne. Con riferimeno al modello esponenziale, l equazione della maglia E T ln (1 + s + = 0 (1 deve essere risola nell incognia che però non si può espliciare: il risulao può essere oenuo solano numericamene procedendo, ad esempio, nel modo seguene. alla (1 si ricava = E [ T ln 1 + ] (2 S e si considera la successione di operazioni ricorreni k+1 = E [ T ln 1 + ] k S che è possibile eseguire dopo aver scelo un opporuno valore iniziale 0. Se l algorimo converge si roverà che, da una cero k in poi e per un prefissao numero di cifre significaive, risula k+1 = k ; si è, cioè, rovao il puno fisso di una mappa ieraiva del ipo X k+1 = F[X k ] (4 Per esempio, con E = 5, = 5kΩ, S = 1fA, T = 25m e 0 = 1ma, si rovano successivamene le correni (in ma: 1 = 0,862; 2 = 0,863; 3 = 0,863. L evenuale divergenza dell algorimo può essere conrollaa a priori supponendo che X k sia così prossimo al valore di puno fisso X F = F(X F da poer approssimare il rapporo incremenale con la derivaa della funzione nel puno fisso( 1 : F (X F F(X k F(X F X k X F (3 = X k+1 X F X k X F (5 Evidenemene l ierazione produce un valore X k+1 più discoso da X F di quano non sia X k se X k+1 X F X k X F F (X F > 1 (6 l leore è inviao a verificare che nel caso della mappa (3 il procedimeno ieraivo diverge se la correne di puno fisso è minore di T / S, un valore generalmene assai più piccolo dei valori di correne ineressani. addrizzaore a semionda. addrizzaori a onda inera (o a doppia semionda. ivelaore di cresa. Nella figura 11 sono riporai risulai di una simulazione del comporameno del circuio di Fig. 10 solleciao da una ensione di ingresso sinusoidale e nel caso in cui la cosane di empo τ = C sia sufficienemene grande. Si noa che la ensione di uscia, dopo un ransiorio che dura circa un quaro di periodo, si sabilizza su un valore praicamene cosane che differisce dal valore di cresa dell ingresso per una quanià γ 0.65; si comprende quindi che se il modello del diodo, invece che esponenziale come sempre avviene nelle simulazioni analogiche, fosse a soglia nulla, si sarebbe oenuo ou = Max[ in ]. Aggiornao al 28 dicembre Tralasciamo per semplicià i casi in cui la funzione non sia derivabile nel puno fisso in esame.

4 iodi a giunzione p/n. 4 u i u 2 1 (a (b i Fig. 6 - addrizzaore a semionda: a circuio, b caraerisica in-ou. inm ou 0 T/2 π ω 0 in Fig. 7 - isposa di un raddrizzaore a semionda a una ensione di ingresso sinusoidale. i i Fig. 8 - addrizzaori a onda inera. u 5 ou π T/2 ω 0 1 in (a i (b Fig. 9 - addrizzaore a onda inera: a caraerisica in-ou, b risposa a ingresso sinusoidale.

5 iodi a giunzione p/n. 5 ou in ± C Fig ivelaore di cresa a diodo ou ou in Fig Forme d onda simulae per un rivelaore di cresa a diodo a grande cosane di empo con ingresso sinusoidale. ou in Fig Forme d onda simulae per un rivelaore di cresa con ingresso sinusoidale. C roppo grande Fig Se la cosane di empo è roppo grande l inviluppo non viene rivelao correamene.