Un diodo è un componente elettronico a due terminali che conduce elettricità in una sola direzione e solo quando viene applicata una certa differenza di potenziale minima, o tensione, ai suoi due terminali. I primi diodi venivano usati per convertire la corrente alternata in corrente continua e per filtrare il segnale nelle radio. Da allora i diodi sono diventati onnipresenti, utilizzati per proteggere l'elettronica, illuminare le nostre case e inviare segnali di controllo remoto.
La struttura di base
Per comprendere le basi dell'uso di un diodo, è utile esaminare la struttura di un diodo standard. Il diodo p-n standard ha due semiconduttori che entrano in contatto, formando un'interfaccia. I semiconduttori puri non conducono, quindi vengono aggiunte impurità metalliche. In un semiconduttore del diodo p-n, il metallo contaminante cede facilmente un elettrone; l'altro è ugualmente drogato (impurizzato) con un metallo che accetta facilmente un elettrone. All'interfaccia, gli elettroni si spostano da un lato all'altro, rendendo gli atomi che gli elettroni hanno lasciato carichi positivamente e gli atomi riceventi negativi. Questa deviazione dalla neutralità avviene solo all'interfaccia. Crea un campo elettrico in modo che gli elettroni che fluiscono da una corrente esterna vadano principalmente dal lato che accetta gli elettroni a quello che li dona.
I primi diodi: le radio
Questa proprietà unidirezionale è stata sfruttata per la prima volta nelle radio AM. Il segnale radio oscilla avanti e indietro, creando una corrente alternata nell'antenna. Prima dell'amplificazione, il segnale deve essere reso unidirezionale. Il diodo di una radio quindi lascia passare la metà del segnale spostando gli elettroni in una direzione, ma non nell'altra metà. In breve, l'AC si trasforma in DC. I condensatori quindi filtrano l'alta frequenza, lasciando solo il segnale audio, pronto per l'amplificazione.
GUIDATO
Se si applica una tensione ai capi di un diodo, gli elettroni della corrente elettrica si muovono intorno al circuito elettrico emetterà una specifica lunghezza d'onda della luce quando si attacca all'impurità che accetta un elettrone. Questo è il modo in cui i diodi a emissione di luce (LED) producono luce. Gli elettroni quindi si muovono attraverso l'interfaccia del semiconduttore a causa del campo elettrico in mezzo, attraversano il semiconduttore che dona elettroni e continua fino all'estremità posteriore della sorgente di tensione per completare il circuito.
Fotodiodi e diodi fotosensibili
Proprio come i diodi possono produrre luce, possono anche creare corrente quando la ricevono. I due tipi funzionano insieme in un dispositivo di controllo remoto, ad esempio per il televisore. Quest'ultimo è il funzionamento dei pannelli fotovoltaici. Due diodi emettono luce dal telecomando: uno emette luce visibile per farti sapere che il segnale è stato inviato; l'altro emette un segnale binario ad una lunghezza d'onda invisibile (da qui la necessità del fotodiodo visibile). I fotoni colpiscono il semiconduttore donatore di elettroni, liberando elettroni e dando loro energia cinetica. L'energia cinetica può traslare in una sola direzione, poiché è consentita una sola direzione della corrente elettrica. Questo è lo stesso modo in cui funzionano i pannelli solari, traducendo i fotoni del sole in corrente elettrica in una sola direzione.
Protezione del circuito
Un diodo può proteggere i circuiti da batterie inserite in modo errato. La polarità sarà errata, ma non danneggerà il circuito oltre il diodo, che consente solo il passaggio di una debole corrente. I diodi svolgono anche un ruolo nelle protezioni contro le sovratensioni. I cosiddetti diodi "a valanga" portano a un filo di terra, ma non lasciano passare la corrente regolare a causa del loro orientamento unidirezionale. A una tensione sufficientemente alta, un diodo lascerà passare la tensione. Quando la tensione supera i livelli operativi, il diodo a valanga si apre e fa uscire la tensione extra attraverso il filo di terra.