Cosa sono i diodi a semiconduttore?

I diodi a semiconduttore sono dispositivi a stato solido che conducono elettroni in una sola direzione e utilizzano un semiconduttore di tipo positivo (P) e negativo (N). Quando il materiale di tipo N è negativo, i donatori di elettroni rilasciano elettroni verso il semiconduttore di tipo P più positivo, determinando una conduzione di polarizzazione diretta. Una condizione di polarizzazione inversa si verifica quando il materiale di tipo P è negativo e il materiale di tipo N è positivo. I diodi a semiconduttore sono molto simili alle valvole unidirezionali utilizzate per le pompe dell'acqua. Quando la pompa viene spenta, l'acqua non rifluisce perché la valvola unidirezionale la impedisce, ma quando la pompa è in funzione, l'acqua scorre attraverso come se la valvola non fosse presente.

I primi diodi a semiconduttore erano gassosi, avevano un catodo riscaldato direttamente e una piastra ed erano all'interno di un tubo a vuoto. Quando è disponibile una carica negativa sul catodo, l'energia termica fa volare gli elettroni attraverso il vuoto e viene attratta dalla piastra caricata positivamente. Con un catodo positivo, non vi sono elettroni che fluiscono dalla piastra. Questo meccanismo ha reso possibili i primi raddrizzatori di potenza, che hanno convertito la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC).

I diodi di segnale piccoli hanno una caduta di tensione diretta molto bassa, che li rende utili per il rilevamento del segnale e la commutazione a bassa tensione. Per applicazioni a radiofrequenza, i semiconduttori al germanio con una giunzione metallo-semiconduttore vengono utilizzati per il rilevamento di basso livello e altre conversioni di basso livello del segnale. Vari tipi di piccoli diodi di commutazione del segnale sono classificati in base a diversi fattori, tra cui la velocità di commutazione e la capacità di giunzione.

I diodi Schottky sono diodi a semiconduttore costruiti appositamente utilizzando un semiconduttore unito a un metallo. La caduta di tensione diretta risultante è di circa 0,5 volt di corrente continua (VDC). I diodi Schottky vengono utilizzati per applicazioni di serraggio che proteggono i circuiti da tensioni transitorie superiori a 1 V CC al di sopra del livello di alimentazione CC positivo. Ciò è possibile collegando l'anodo di un diodo Schottky alla linea del segnale da proteggere mentre si collega il catodo al bus di alimentazione positivo.

I diodi di sintonizzazione fanno uso della capacità di polarizzazione inversa del diodo. Quando viene aumentata la tensione di polarizzazione inversa, la capacità solitamente diminuisce a causa dell'effetto di ridurre virtualmente la superficie di giunzione sotto una tensione inversa aumentata. Il circuito CC può gestire questa capacità regolabile del diodo di sintonia. Questa capacità fa parte di un circuito CA che può alterare la sua frequenza centrale in parte in base alla capacità regolabile del diodo di sintonia, determinando la capacità di un diodo di sintonizzare il suo circuito.

I diodi al silicio hanno in genere una caduta di tensione diretta di 0,7 V CC, mentre i diodi al germanio hanno 0,3 V CC. La massima tensione inversa, nota come tensione di interruzione, e le massime correnti dirette dipendono da specifici progetti di diodi. Per la maggior parte delle esigenze dei circuiti, sono disponibili diodi con le caratteristiche speciali necessarie. Se un singolo diodo non soddisfa i requisiti, possono essere sufficienti più diodi in serie o in parallelo.