Diodo. Marco Ianna 23 maggio 2014

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1 Diodo Marco Ianna 23 maggio Introduzione: Diodo Un diodo ideale è un oggetto che può fare passare corrente solo in un certo verso e la cui caratteristica è quindi rappresentabile come in figura 1. Un diodo reale può essere approssimato come un diodo ideale e una batteria collegati in serie e pertanto la sua caratteristica avrà una forma come in figura 2. Un diodo non dissipa potenza cioè P = V I = perchè se passa corrente la V = e se c è tensione la I =. 2 Caratteristica Diodo Si è costruito un banale circuito con generatore di tensione continua, resistenza e diodo in serie e si è variata la tensione in entrata e si è misurata con un voltmetro la tensione ai capi del diodo e con un amperometro la corrente circolante nel circuito ottenendo i seguenti risultati (usando ovviamente diodi diversi): 3 Rilevatore di Picco Si è andato a costruire un circuito come in figura 6. Si è imposta una certa tensione sinusoidale è si è andata a misurare la tensione ai capi del capacitore ottenedo il risultato in figura 8. In tale situazione la tensione positiva è quella che fa passare corrente nel diodo e pertanto si ha una carica del condensatore che acquista la tensione massima deìi quella sinusoidale entrante. Quando il generatore tende a invertire la corrente il diodo si trova in uno stato di polarizzazione inversa e pertanto il condensatore non si puù scaricare e la sua tensione rimane costante. Il fatto che la tensione del condensatore sia livemente minore di quella massima entrante è dovuta alla V γ del diodo, che risulta essere nel nostro caso di circa, 5, 6 V. 4 Raddrizzatore a singola semionda Si è andato a costruire il circuito in figura 9. Si è instaurata una tensione sinusoidale tramite un generatore e si è misurata la tensione ai capi del resistore R. Quando la tensione genera intensità di corrente per cui il diodo è polarizzato direttamente la tensione ai capi di R è quella di e(t), al contrario quando la tensione cambia segno il diodo è polarizzato inversamente e la corrente non circola 1

2 I D corto circuito circuito aperto V D Figura 1: Caretteristica di un diodo ideale. Il diodo fa passare corrente solo in un certo verso pertanto quando gli si impone una certa differenza di potenziale (ad esempio negativa) esso reagisce non facendo passare la corrente, al contrario imponendo una differenza di potenziale opposta (quindi positiva) esso fa passare corrente e la differenza di potenziale ai suoi capi è nulla. I D V γ V D Figura 2: Caretteristica di un diodo reale. Nel diodo reale la V γ è la tensione necessaria per mandare il diodo in conduzione. In realtà in un diodo ideale l intensità di corrente per tensioni (nel nostro caso negative) che non fanno passare corrente non è completamente nulla ma è negativa dell ordine di qualche nanoampere. 2

3 1, I D (A), V D (V ) Figura 3: Grafico dell intensità in funzione della tensione applicata nel primo diodo con R = 47 Ω. 1, I D (A), V D (V ) Figura 4: Grafico dell intensità in funzione della tensione applicata al secondo diodo con R = 47 Ω. 3

4 1 3 I D (A) V D (V ) Figura 5: Grafico dell intensità in funzione della tensione applicata ad un diodo zener R = 47 Ω. i(t) e(t) V u C Figura 6: Rilevatore di Picco. 4

5 6 4 2 V t Figura 7: Andamento teorico del rilevatore di picco per un diodo ideale. La linea in nero è quello della tensione sinusoidale entrante, quella rossa è la V u. Le unità sull asse delle V e delle t sono arbitrarie. Figura 8: Rilevatore di Picco. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del capacitore. 5

6 i(t) e(t) V u R Figura 9: Raddrizzatore a singola semionda V t Figura 1: Andamento teorico del raddrizzatore a singola semionda per un diodo ideale. La linea in nero è quello della tensione sinusoidale entrante, quella rossa è la V u. Le unità sull asse delle V e delle t sono arbitrarie. e pertanto la V u è nulla (vedi figura 1. Tutto ciò si è verificato sperimentalmente in figura 11. Il fatto la sinusoide delle tensione ai capi di R abbiamo un massimo più piccolo è sempre dovuto alla V γ del diodo. sectiontraslatore di livello Si è andato a costruire il circuito il figura 12. La corrente passa attraverso il diodo e carica il condensatore (V C = costante). Il condensatore non può più scaricarsi per via del diodo che è in polarizzazione inversa rispetto alla corrente di scarica. L equazione alle tensioni è: e(t) V C + V u = V u = e(t) + V C (1) Si è andato a costruire il circuito il figura 14. La corrente passa prima del condensatore caricandolo in quanto il diodo è in polarizzazione inversa rispetto al generatore di tensione. 6

7 Figura 11: Raddrizzatore a singola semionda. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del capacitore. i(t) e(t) V u C Figura 12: Traslatore di Livello verso l alto. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del diodo. 7

8 Figura 13: Traslatore di Livello verso il basso. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del diodo. e(t) V C V u = V u = e(t) V C (2) 5 Carica e Scarica 5.1 Diodo con RC Si è realizzato il circuito in figura 17. La corrente passa attraverso il diodo e carica il condensatore. Quando la tensione del generatore si inverte la corrente non può passare per la presenza del diodo tuttavia il condensatore può scaricarsi i(t) e(t) C V u Figura 14: Traslatore di Livello. 8

9 Figura 15: Traslatore di Livello. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del diodo. 5 V t Figura 16: Andamento teorico del traslatore di livello per un diodo ideale. La linea in nero è quello della tensione sinusoidale entrante, quella rossa e blu sono le V u rispettivamente nel primo e nel secondo circuito dell Alazatore di Livello. Le unità sull asse delle V e delle t sono arbitrarie. 9

10 i(t) e(t) R V u C Figura 17: Carica e Scarica del condensatore. attraverso il resistore, per poi caricarsi quando il diodo è in polarizzazione diretta con la tensione del generatore. 5.2 Ponte di Diodi con R Si è costruito il circuito in figura 2. Si è misurata la V u = V R ovvero la tensione ai capi del resistore e abbiamo ottenuto il risultato in figura 21. Il ponte di diodi, nel circuito da costruito, è quindi un raddrizzatore a doppia semionda, ovvero la tensione uscente è il modulo di quella entrante. 5.3 Ponte di Diodi con R e C Si è costruito il circuito in figura 23. Si è misurata la tensione V u = V C ovvero la tensione ai capi del condensatore ottenendo il risultato in figura 24. La logica del circuito è uguale a quella del circuito in figura 17 tranne che la tensione ai capi di R è il modulo della tensione entrante ed essendo C in parallelo ad R il transitorio viene dimezzato rispetto al caso precedente in quanto segue l andamento del modulo di e(t) = V R anzichè di quello della funzione e(t). 1

11 Figura 18: Carica e Scarica. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del condensatore V t Figura 19: Processo teorico di carica e scarica del condensatore. La funzione nera è la tensione del generatore mentre quella rossa è la V u ovvero la tensione ai capi del condensatore. 11

12 i(t) e(t) ponte diodi V R R Figura 2: Ponte di Diodi con R. Figura 21: Ponte di Diodi con R. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del resistore. 12

13 6 4 2 V t Figura 22: Andamento teorico della tensione ai capi del resistore. La funzione nera è la tensione del generatore mentre quella rossa è la V u ovvero la tensione ai capi del resistore. i(t) e(t) ponte diodi R V C C Figura 23: Ponte di Diodi con RC. 13

14 Figura 24: Ponte di Diodi con RC. Sul canale uno è stata visualizzata l onda sinusoidale entrante mentre sul canale due la tensione V u ai capi del condensatore V t Figura 25: Andamento teorico della tensione ai capi del capacitore. La funzione nera è la tensione del generatore, quella rossa è la tensione ai capi del resistore e quella blu è la V u ai capi del capacitore. 14