Semiconduttori

[GPaolo]

Premetto che quella che segue non è “La Teoria

[allex]

Ma sei un professore, nel senso che insegni in qualche istituto tecnico...?
Sembra essere tornati a scuola....speriamo non ci siano anche le interrogazioni.
Quanti giorni concedi per leggere il trattato?

[Fhisherman]

@Gpaolo
Grazie dei tuoi interventi.Sto' rispolverando nozioni di elettronica che avevo messo nel dimenticatoio,ed è veramente piacevole leggerti.Continua cosi'

[GPaolo]

Semiconduttori: DIODO

Nella figura sopra sono riportate le caratteristiche teoriche e reali di un diodo. A sinistra le caratteristiche come vorremmo che fossero, ovvero Resistenza diretta NULLA e resistenza inversa INFINITA. In realtà le cose sono (approssimativamente) come a destra; nel primo quadrante individuato dagli assi (Vd,Id) si può vedere come al di sotto di una tensione minima (Threshold=soglia) la corrente che circola nella giunzione è irrilevante; appena si ragiunge la tensione di soglia la linea subisce il ginocchio dovuto al passaggio delle cariche elettriche (intenzionalmente non voglio stabilire se si tratta di Elettroni o di Lacune) a causa del potenziale elettrico che innesca la Banda di Conduzione (per il Germanio circa 0,18-0,20 V, mentre per il Silicio la soglia è intorno a 0,60-0,65 V). Una volta iniziata la conduzione, ad ogni aumento anche minimo della tensione DIRETTA, aumenta la corrente diretta in maniera non lineare, come si può intravvedere, fino ad un certo valore, dopo di che la corrente raggiunge un valore tale da distruggere il diodo se non limitata opportunamente. La non linearità della curva nel piano (Vd,Id) produce delle distorsioni d'onda per ampie variazioni della tensione diretta applicata, mentre per piccole variazioni dell'ordine di centesimi di volt attorno ad un punto della caratteristica si può trascurare. La curva del terzo quadrante (Vi,Ii) rappresenta l'andamento della Resistenza Inversa del diodo polarizzato inversamente e si vede come essa risulti abbastanza costante fino al valore di Zener dove avviene l'inizio non più arrestabile del'Effetto Valanga e relativa distruzione del diodo. Una volta iniziata la scarica, infatti, anche togliendo tensione al diodo, questa continua "motu proprio" e, questione di microsecondi, il diodo è andato. Per costringere il diodo a dare una risposta quanto più lineare possibile, lo si deve "polarizzare", ovvero farlo lavorare in quella zona a metà tra la massima corrente sopportata e la fine del ginocchio attorno al valore minimo della tensione; così, se il ginocchio termina quando la tensione è 0,575 V, la massima corrente dissipabile è 300 mA e questo, ad esempio, avviene quando la tensione è 0,849 V, l'escursione di tensione risulta dV=0,849-0,575=0,274 V, perciò fissando il Punto di Lavoro a Pl=0,575+(0,274/2)=0,712V ed applicando ai suoi capi una Tensione sinusoidale di prova del valore efficace di 96,9 milliVolt si può stare tranquilli che la sua risposta è "abbastanza" lineare.

[GPaolo]

Diciamo "resistenza" la caratteristica dei conduttori di lasciarsi "più o meno" attraversare dalla corrente elettrica. Dato un filo conduttore si può notare che, a parità di tensione applicata ai suoi estremi e misurando di volta in volta la corrente, si potrà verificare che essa, la corrente, diminuisce all'aumentare della lunghezza e/o alla diminuzione della sezione; indicando con R questa caratteristica, possiamo verificare che: R=k* l/S, dove k è una costante (di Proporzionalità) relativa al metallo utilizzato; ricavando k si ha: k=(R*S)/l. A questa costante è stato assegnato il nome (in greco: ro) di Resistività Specifica. Nel 1825 George Ohm descrisse il seguente fenomeno: dato un filo conduttore ed applicata una tensione V1 si osserva che nel circuito circola la corrente I1; se aumentiamo la tensione, via via, si noterà che il rapporto tra la tensione V2, V3,..,Vn e le relative correnti I2, I3,...In si mantiene "sostanzialmente costante" (il "sostanzialmente" è dovuto al fenomeno di alcuni conduttori di aumentare la loro resistenza quando aumenta la temperatura, ma generalmente Ohm, aveva visto giusto), ovvero si ha sempre: V1/I1=V2/I2=...=Vn/In. A questo rapporto dette il nome di RESISTENZA. Nelle condizioni in cui il riscadalmento del conduttore non ha influenza sulla resistenza, possiamo scrivere, pertanto V=RI, che è la PRIMA LEGGE DI OHM.
SECONDA LEGGE di OHM: immaginiamo una batteria di resistenza Interna Ri; quando misuriamo la tensione ai suoi capi questa è esattamente uguale alla Differenza Di Potenziale dovuta al lavoro di separazione delle cariche. Per rendere chiaro questo (difficile) concetto, farò l'esempio del secchio e del pozzo da cui si preleva l'acqua. Per portare l'acqua dal fondo al bordo occorrerà una certa energia, che chiamiamo E; questa Energia cinetica (il movimento) si trasforma interamente in Energia Potenziale dovuto alla diversa altezza a cui ora si trova l'acqua; per il principio di conservazione dell'Energia sarà, pertanto, E=P e, quindi: E-P=0 (a chi ha studiato Termodinamica questa formula è familiare...). Se si fa ricadere l'acqua nel pozzo ci sarà una piccola perdita dovuta al lavoro compiuto dall'acqua per attraversare lo strato d'aria; indicando con RI questo lavoro si avrà l'uguagllianza E-P=RI. In definitiva l'Energia E sarà sempre E = P + RI, più significativamente: E - RI = P, dove R rappresenta la resistenza Interna del Generatore. Infatti è noto che ogni Batteria o Generatore Reale, per quanto piccola, ha sempre una sua resistenza interna che, durante il passaggio di corrente, sottrae energia.

[allex]

qualcosa sui fiori...conduttori...?

[allex]

E' inutile che ti sforzi: la Gelmini non segue questo forum (è l'unica cosa intelliggente che ha fatto) e non assume più personale docente....

[GPaolo]

Vediamo come si comportano le Resistenze quando le inseriamo in "serie"; definizione: collegare resistenze in serie significa fare in modo che la corrente che esce dalla prima entri nella seconda, quella che esce dalla seconda entri in una terza e così via fino all'ultima, la cui corrente di uscita ritorna alla batteria (o più generalmente, Generatore): per la I Legge di Kirchoff sappiamo che la corrente è la stessa in ogni resistenza pertanto, applicando la prima legge di Ohm possiamo scrivere: Vb=Rs*I; inoltre sappiamo che ai capi di ogni resistenza, sempre per la prima legge di Ohm, si determina una tensione Vi=Ri*I, dove Vi è la tensione misurata "ai capi" della resistenza R-iesima (con i che va da 1 a n); possiamo, perciò, scrivere: Vb=R1*I+R2*I+R3*I+..+Rn*I; algebricamente possiamo "raccogliere" la corrente I che è comune a tutti i termini e scrivere (applichiamo la Legge Distributiva della moltiplicazione) Vb=I*(R1+R2+R3+..+Rn) e dal confronto della prima con questa possiamo vedere che Rs=R1+R2+R3+..+Rn. Deduciamo, allora, che la resistenza equivalente di più resistenze in serie è la Somma delle rispettive Resistenze. Se, in un circuito, avessimo bisogno di una resistenza di 300 Ohm e avessimo due resistenze di 180 e 120 Ohm, potremmo ottenere la resistenza voluta effettuando una "serie" tra le due. Ovviamente, la combinazione di più resistenze può restituire qualunque valore proprio come si fa con i soldi.
Resistenze in Parallelo. Definizione: due o più resistenze si dicono in "parallelo" quando ai loro capi la tensione è la stessa. Per semplicità (i calcoli sono più semplici) consideriamo il caso di 2 sole resistenze in paralleleo. Poichè la tensione è la stessa, nella prima resistenza, applicando la prima legge di Ohm si ha per la corrente il valore: I1=Vb/R1, mentre in R2 circolerà la corrente I2=Vb/R2; la corrente totale è: I1+I2= Vb/R1*Vb/R2; raccogliendo i termini si ha: I1+I2=Vb(1/R1+1/R2). Chiamando It la somma delle correnti, Rp la resistenza apparente formata dalle due resistenze in parallelo e ricordando che è R=V/I, con i passaggi algebrici noti si ha: Rp=Vb/It e sostituendo si ricava: 1/(1/R1+1/R2)=Vb/It; da qui la regola: "il parallelo tra due resistenze è l'inverso della Somma degli inversi delle singole resistenze". Con le semplici regole dell'algebra semplifichiamo la frazione ed otteniamo: 1/(1/R1+1/R2) = 1/((R1+R2)/R1*R2) = (R1*R2)/(R1+R2) = Vb/It. Notate che se R1 è uguale ad R2 si ha: Rp=R1^2/2*R1=R1/2, come dire che, se le resistenze sono uguali, il valore della resistenza parallela diventa la metà. Così se ho due resistenze da 10 Ohm e devo collegare una resistenza da 5 Ohm, basterà collegarle in parallelo.

[GPaolo]

La figura sopra riportata è chiamata Ponte di Wheatstone. E' composto da 4 resistenze a due a due in serie e parallelo. Prima di svelarvi a cosa serve, proviamo a vedere come si comporta quando è sottoposto alla tensione continua Vg. Non sappiamo, preliminarmente, il valore delle resistenze, perciò procederemo a semplici calcoli algebrici e successivamente faremo delle deduzioni; sappiamo, invece, che lo strumento che compare può indicare sia Tensioni che Correnti a nostro piacimento. Esaminiamo le correnti nei due rami composti dalle coppie di resistenze R1-R2 e R3-R4 indicandoli con "Ramo A" e "Ramo B". Poiché ai capi del ramo A la tensione è Vg, possiamo trovare le cadute di tensione ai capi delle rispettive resistenze applicando la solita 1 legge di Ohm, abbiamo pertanto che nel ramo A circola la corrente Ia=Vg/Ra, dove con Ra abbiamo indicato la resistenza serie, ovvero la somma R1+R2; ne segue che la tensione ai capi di R1 è determinata dalla: V1=(Vg/(R1+R2))*R1=Vg*(R1/(R1+R2)); con lo stesso procedimento troviamo che la tensione ai capi di R2 è: V2=(Vg/(R1+R2))*R2=Vg*(R2/(R1+R2)). Procedendo similmente per il ramo B, troviamo i valori V3=(Vg/(R3+R4))*R3=Vg*(R3/(R3+R4)) e V4=(Vg/(R3+R4))*R4=Vg*(R4/(R3+R4)). Vediamo ora che accade allo strumento utilizzato come Voltmetro; evidentemente, se la tensione ai capi AB è nulla, lo strumento non da' alcuna indicazioine. Ma, perché sia Vab = 0, dovrà essere V1=V3 (e, ovviamente, V2=V4); sostituendo le formule trovate si ha o (V1) Vg*(R1/(R1+R2)) = (V2) Vg*(R2/(R1+R2)), oppure (V3) Vg*(R3/(R3+R4)) (V4) Vg*(R4/(R3+R4)). Poiché ai fini dell'uguaglianza, una vale l'altra, (continua...)

[mariobrossh]

Non credo che il trattato interessi a molti, forse è più
interessante capire per sommi capi a cosa serve e come
si misura per capire quando è guasto, per esempio
mi puoi spiegare molto semplicemente come fa un diodo
a lampeggiare collegato tra i due poli della batteria attraverso
una resistenza ? me l'ha collegato l'elettrauto per quale finto
antifurto.

[orazio]

Diverse sono le tipologie di diodi, quelli che emettono luce sono i diodi LED e questo avviene quando sono polarizzati direttamente (anodo positivo rispetto al catodo) e ci scorre la giusta corrente (da pochi milliampere a qualche decina).
La luce che emettono in questo caso è continua e non possono lampeggiare. Quelli che hanno questa particolarità in realtà sono dei diodi che hanno al loro interno un vero e proprio circuito elettronico che gestisce la corrente che attraversa la giunzione in modo che l'effetto finale sia quello di lampeggiare.

Saluti,

[GPaolo]

... mi puoi spiegare, molto semplicemente, come fa un diodo a lampeggiare collegato tra i due poli della batteria attraverso una resistenza? Me l'ha collegato l'elettrauto per simulare l'attività di un antifurto inserito.

Ha collegato solo un diodo e una resistenza?

Questo, a meno che non fabbrichino diodi lampeggianti, è il circuito ridotto al minimo con i componenti necessari. La tensione della batteria alimenta un circuito in cui il condensatore si carica con la costante di tempo t=Rc*C; appena la tensione raggiunge la soglia del diodo zener, questo va immediatamente in conduzione e il condensatore si scarica attraverso il Led dopo di che il led si spegne e riprende il ciclo. Però, dato che non sono molto aggiornato sulle innovazioni tecnologiche, può darsi che abbiano messo sul mercato un particolare diodo dotato di un circuito di questo tipo al suo interno. Oggi miniaturizzano così tanto che non c'è da meravigliarsi, come disse una volta Beppe Grillo, che dagli orologi dei giapponesi, in caso di guasto, si apri un portellino e da quello esca un giapponesino con cacciaviti che subito l'aggiusta.

[allex]

Infatti la tecnologia è molto progredita, diciamo negli ultimi......10 anni.
I diodi led lampegg. esistono da almeno 8 anni...

[mariobrossh]

e già è solo un diodo ed una piccola resistenza (non ricordo il valore)
da 1/4 di watt in serie ad uno dei due poli, e lampeggia da 11 anni
appena giro la chiave, ebbene sarà un caso ma da allora la panda
di mia moglie non l'hanno più toccata

[GPaolo]

Sono i "deterrenti subliminali". Chi li fabbrica?