Sir John Ambrose Fleming (Lancaster, 29 novembre 1849 – Sidmouth, 18 aprile 1945) è stato un inventore britannico.
È stato un elettrotecnico e radiotecnico inglese, inventore del diodo (1904), la prima delle valvole termoioniche (i cosiddetti tubi elettronici), che, fino all'invenzione dei
transistori (1948), furono componenti insostituibili della radio, della televisione, dei calcolatori e di molti altri apparecchi elettronici.
Fleming trasse l'idea della sua invenzione dagli esperimenti di Thomas Alva Edison (1884) sulla lampadina a filamento incandescente. Pensò di costruire un rivelatore delle
oscillazioni radioelettriche composto da due elettrodi racchiusi in un bulbo di vetro a vuoto: l'uno (il catodo) è
elettricamente riscaldato ed emette elettroni; l'altro (l'anodo) riceve gli elettroni.
In tal modo la corrente elettrica scorre in una sola direzione.
Da qui il nome di valvola termoionica perché basata sull'effetto termoelettrico; o semplicemente di "diodo"
perché composta di due elettrodi.
Studiò all'University College, al Royal College di Londra ed al Saint John's College di Cambridge dove si laureò in
Ingegneria.
Fu professore di elettrotecnica a Londra (dal 1885 al 1926), a Cambridge e a Nottingham.
L ' I N V E N T O R E D E L D I O D O
il diodo è un componente elettronico passivo non-lineare a due terminali (bipolo), la cui funzione ideale è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in un verso e di bloccarla totalmente nell'altro.
Da questa struttura iniziale si sono evoluti nel tempo sia componenti con struttura più complessa basati su un principio differente, come i diodi a tempo di transito, sia nuovi dispositivi a tre terminali, come gli SCR e i triac, che hanno abbandonato il nome di
"diodo". elettronico passivo non-lineare a due terminali (bipolo), la cui funzione ideale è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in un verso e di bloccarla totalmente nell'altro.
I L D I O D O
Il diodo è il bipolo non lineare costituito da una giunzione di due cristalli semiconduttori.Il suo
comportamento reale è abbastanza vicino a quello ideale e si può così sintetizzare (ci si riferisce ai diodi al silicio che sono i più usati):
● In polarizzazione diretta, per entrare in conduzione si deve applicare una tensione di
alimentazione superiore a una tensione di soglia di 0,4V. In polarizzazione diretta, una volta raggiunta la piena conduzione (ottenuta con una tensione di alimentazione superiore a Vγ) il diodo presenta una caduta di tensione prticamente costante di0,7-0,8 V, indipendentemente dalla corrente che lo attraversa.
● In polarizzazione inversa la corrente che lo attraversa è praticamente trascurabile:
questocomportamento vale fino a quando non viene raggiunta la tensione di rottura (breakdown voltage);
i diodi in commercio hanno comunque tensioni di rottura abbastanza alte da non creare problemi.
L E C A R AT T E R I S T I C H E
D E L D I O D O
I L D I O D O A L G E R M A N I O È C O S T I T U I T O D A U N A G I U N Z I O N E A S E M I C O N D U T T O R E R E A L I Z Z ATA C O N G E R M A N I O ; H A U N A T E N S I O N E D I S O G L I A P I Ù B A S S A ( T I P I C A M E N T E D I 0 , 3 V )
C H E L O R E N D E PA R T I C O L A R M E N T E A D AT T O P E R L A
R I V E L A Z I O N E D E I S E G N A L I R A D I O ( D E M O D U L AT O R E O R I V E L AT O R E P E R L A M O D U L A Z I O N E D ' A M P I E Z Z A ) .
D I O D O A L G E R M A N I O
I L D I O D O S C H O T T K Y È U N D I O D O C O N B A S S A T E N S I O N E D I S O G L I A E A LTA V E L O C I TÀ D I C O M M U TA Z I O N E . I L C AT ' S - W H I S K E R D E T E C T O R P U Ò E S S E R E C O N S I D E R AT O C O M E U N P R I M I T I V O D I O D O S C H O T T K Y.
Q U A N D O S C O R R E U N A C O R R E N T E AT T R AV E R S O U N D I O D O S I
I N S TA U R A U N A P I C C O L A C A D U TA D I T E N S I O N E S U I S U O I T E R M I N A L I . U N N O R M A L E D I O D O A L S I L I C I O H A
U N A C A D U TA D I T E N S I O N E A I S U O I C A P I I N T O R N O A I 0 . 6 - 0 . 7 V O LT,
M E N T R E L A C A D U TA D I T E N S I O N E A I C A P I D I U N D I O D O S C H O T T K Y S I A G G I R A I N T O R N O A I 0 . 1 5 - 0 . 4 5
V O LT. Q U E S TA B A S S A C A D U TA D I P O T E N Z I A L E P E R M E T T E D I AV E R E E L E VAT E V E L O C I TÀ D I
C O M M U TA Z I O N E E U N A M I G L I O R E E F F I C I E N Z A D E L S I S T E M A .
I L D I O D O S C H O T T K Y
In molte applicazioni di interesse, la caratteristica tensione-corrente di un diodo ideale, ottenuta in
condizioni statiche, può essere approssimata con una funzione lineare a tratti. In tale approssimazione la
corrente si può considerare nulla se la tensione tra anodo e catodo è minore o uguale ad un preciso valore di
tensione Von (tensione di soglia o di ginocchio), se invece la tensione è maggiore il diodo può essere approssimato ad un generatore di tensione di valore Von la cui corrente è imposta dal circuito a cui esso è sottoposto. Il valore di Von è un valore di tensione tale per cui la corrente reale è maggiore di una ben precisa corrente utile per l'analisi del circuito, in generale è abitudine utilizzare il valore convenzionale di 0.6V.Quando la differenza di potenziale ai capi del diodo ideale è maggiore di 0 (cioè quando la corrente elettrica fluisce nel verso convenzionalmente positivo, dall'anodo al catodo), il diodo viene detto in condizione di polarizzazione diretta, mentre quando la differenza di potenziale è negativa, questo è detto essere polarizzato inversamente. Queste definizioni sono
utilizzate anche per identificare le regione di funzionamento del diodo reale.
D I O D O I D E A L E
I D I O D I A G I U N Z I O N E P - N S O N O D E I D I O D I R E A L I Z Z A T I M E D I A N T E P R O C E S S I M E T A L L U R G I C I C H E P R E V E D O N O L A D I F F U S I O N E D I I M P U R I T À D I T I P O
A C C E T T O R E I N C R I S T A L L I D I S I L I C I O P R E V E N T I VA M E N T E D R O G A T I M E D I A N T E A T O M I D O N A T O R I ( O V I C E V E R S A ) E L A L O R O C A R A T T E R I S T I C A T E N S I O N E
C O R R E N T E È A P P R O S S I M A B I L E T R A M I T E L ' E Q U A Z I O N E D E L D I O D O I D E A L E D I
S H O C K L E Y . L A C A R A T T E R I S T I C A T E N S I O N E C O R R E N T E D E L D I S P O S I T I V O È U N A F U N Z I O N E N O N L I N E A R E ; P E R VA L O R I D I P O L A R I Z Z A Z I O N E S U F F I C I E N T E M E N T E G R A N D I R I S P E T T O A L L A T E N S I O N E T E R M I C A ( A T E M P E R A T U R A A M B I E N T E 2 6 M V ) VA L E L A R E L A Z I O N E .
D I O D O A G I U N Z I O N E
Diodo a corrente alternate Il diodo attraversato da
corrente alternata fa passare solo la semionda positiva (se polarizzato direttamente) della sinusoide e blocca la semionda negativa. Con configurazione di diodi a ponte di Graetz
viene generata un'onda
raddrizzata formata solo da semionde positive e quindi è chiamato raddrizzatore di onde sinusoidali, formando un'onda oscillante.
Diodo a corrente continua Il diodo attraversato da
corrente alternata fa passare solo la semionda positiva (se polarizzato direttamente) della sinusoide e blocca la semionda negativa. Con configurazione di diodi a ponte di Graetz
viene generata un'onda
raddrizzata formata solo da
semionde positive e quindi è
chiamato raddrizzatore di onde
sinusoidali, formando un'onda
oscillante.
Durante la polarizzazione inversa, si accumula carica elettrica ai due lati della zona di giunzione, in cui si crea un forte campo elettrico dando origine ad una certa capacità parassita: in pratica il diodo si comporta come se fosse in parallelo ad un piccolo condensatore. La particolarità che rende
interessante questa piccola capacità del diodo è che essa diminuisce con l'aumentare della tensione inversa.
I diodi varicap sono studiati appositamente per sfruttare questo fenomeno e si comportano in tutto come dei condensatori variabili controllati in tensione: la capacità massima è di circa 500 pF nei
modelli maggiori, ma può scendere fino a 1pF. La legge di dipendenza capacità-tensione dei diodi varicap non è lineare, ma si linearizza in combinazione con un induttore in un circuito LC come quello qui a lato, rendendo la frequenza di risonanza del circuito proporzionale alla tensione di controllo Vc.
D I O D O VA R I C A P O
VA R A C T O R
D I O D O Z E N E R
• Il diodo zener è costruito appositamente per sfruttare il funzionamento in valanga del diodo. È infatti un diodo costruito secondo caratteristiche particolari per dissipare potenza con utilizzo in zona di "break down". In
questo stato la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante: lo zener è un diodo ottimizzato per
questo uso, in cui la tensione di zener è resa il più possibile insensibile alla corrente di valanga, anche se comunque una tensione inversa eccessiva porta il diodo alla rottura. Il motivo dell'elevata pendenza della corrente inversa è dovuta principalmente da due casi: l'effetto valanga e l'effetto Zener.
• L'aumento della tensione inversa provoca un'accelerazione degli elettroni che, aumentando la loro energia, ionizzano il reticolo cristallino (valanga); ma possono anche spezzare i legami covalenti in modo da estrarre elettroni (zener). Questi due effetti si compensano per una tensione circa uguale a 6 V (a seconda del diodo zener utilizzato si possono avere tensioni diverse). Sopra i 6 V prevale l'effetto valanga, sotto l'effetto zener.
• Tuttavia, per quanto lieve, la dipendenza dalla corrente è sempre presente, e peggio ancora la tensione di zener varia sensibilmente con la temperatura ambientale: per questo motivo gli zener vengono utilizzati soprattutto per generare tensioni di polarizzazione e stabilizzazione di alimentatori e non come campioni di tensione.
Poiché i diodi zener vengono utilizzati in polarizzazione inversa, si ha un effetto capacitivo associato alla zona di svuotamento in prossimità della giunzione, questa capacità detta di transizione varia tra valori trascurabili di qualche nF ed è rilevante per i diodi di elevata potenza in quanto condiziona la massima frequenza di lavoro.
