Diodo e Triodo

DIODO – TRIODO A VUOTO
 

Il diodo a vuoto è il tipo più semplice di valvola elettronica: il nome valvola deriva dal fatto che esso permette il passaggio della corrente solo in un dato senso; infatti gli elettroni emessi dal filamento vengono attirati dalla placca solo se questa è a un potenziale più elevato di quello del filamento.

Schema del diodo

Un altro tipo di valvola elettronica, derivata dal diodo, è il triodo, sostituito intorno al 1960 per l’avvento del transistor.
Esso è costituito essenzialmente da un diodo, nel quale tra il filamento f e la placca p viene introdotto un terzo elettrodo g a forma di rete, detto griglia. Per mezzo di un’ulteriore  batteria (batteria di griglia) si può variare il valore e il segno della differenza di potenziale tra filamento e griglia.
Aumentando gradatamente il potenziale della griglia, a un certo momento il milliamperometro del circuito filamento-placca comincia a indicare il passaggio di corrente, il che significa che un certo numero di elettroni riesce a vincere la repulsione della griglia, attraversare questa e raggiungere la placca. Tale corrente aumenterà ancora se si porta la griglia allo stesso potenziale del filamento e ancor più se si porta la griglia a un potenziale un po’ superiore a quello del filamento: in queste condizioni infatti la griglia attira gli elettroni, aumentando il loro flusso verso la placca.
Una piccola parte di questi elettroni sarà tuttavia trattenuta dalla griglia e nascerò quindi una debole corrente anche nel circuito filamento-griglia; se il potenziale di griglia è troppo elevato, sarà notevole il numero di elettroni trattenuti dalla griglia e conseguentemente si avrà una riduzione della corrente filamento-placca, mentre accrescerà la corrente filamento-griglia.

DIODO A GIUNZIONE e TRANSISTOR

La conduzione nei semiconduttori avviene sia per trasporto di elettroni di conduzione, come nei metalli, sia per migrazione, in senso opposto, di lacune positive. Il germanio e il silicio sono tetravalenti, ossia ogni atomo tende a mettere in comune quattro elettroni con altri quattro atomi, con legame covalente. Supponiamo ora di introdurre all’interno del reticolo cristallino del germanio una piccola quantità di atomi di un elemento pentavalente, come l’arsenico. L’atomo di arsenico prenderà il posto di un atomo di germanio, ossia metterà in comune quattro elettroni con quattro atomi di germanio, mentre il quinto elettrone resterà libero e quindi potrà partecipare alla conduzione. Nel cristallo di germanio così trattato risulterà pertanto sensibilmente aumentata la conducibilità per moto di elettroni. Se, invece, fra gli atomi di germanio viene posto un atomo trivalente, come l’indio, si avrà una lacuna in più, in quanto l’indio dispone soltanto di tre elettroni da mettere in comune con gli atomi vicini. Nel cristallo di germanio così trattato risulterà aumentata la conducibilità per migrazione di lacune.
Gli atomi pentavalenti, che forniscono elettroni, vengono detti donatori, quelli trivalenti, che catturano elettroni, vengono detti accettori e il processo col quale si introducono tali atomi fra quelli di germanio o di silicio è detto drogaggio. Un cristallo drogato con donatori, che quindi contiene un eccesso di elettroni, è detto di tipo n; un cristallo drogato con accettori, che quindi contiene un eccesso di lacune è detto ti tipo p.
Poniamo ora a stretto contatto un cristallo di tipo p e uno di tipo n. Poiché in p vi sono più lacune mobili e in n più elettroni, gli elettroni avranno tendenza a diffondersi attraverso la giunzione per passare della zona n alla zona p, mentre le lacune tenderanno a migrare in senso opposto, ossia dalla zona p alla zona n.
Queste due correnti, rispettivamente di elettroni e di lacune vengono dette correnti di diffusione; per effetto di tali correnti si formerà su ciascun lato della giunzione, un sottile strato di carica, rispettivamente di segno + nella zona n e, viceversa, di segno – nella zona p.
Il campo elettrico generato da questo doppio strato forma una barriera che tende a ridurre a zero le correnti di diffusione e quindi alla fine si stabilisce una situazione di equilibrio in cui la distribuzione della carica è pressoché costante; infatti ogni ulteriore elettrone che tenderebbe a passare da n a p è respinto dagli elettroni che già si trovano in p, e lo stesso accade per le lacune. Il sistema di due cristalli così ottenuto prende il nome di diodo a giunzione e, a somiglianza del diodo a vuoto, presenta un’elevata conducibilità soltanto in un senso.
Infatti, se la zona p del diodo è collegata al polo positivo di un generatore e la zona n al polo negativo (si dice allora che il diodo è polarizzato direttamente), il potenziale interno esiste fra le due zone si somma al potenziale esterno applicato e quindi favorisce il flusso di corrente. Al contrario, se la zona p è collegata al polo negativo e la zona n al polo positivo (si dice allora che il diodo è polarizzato inversamente), il potenziale interno si oppone a quello esterno e pertanto ostacola il passaggio della corrente.
Il transistor è formato da tre cristalli, disposti secondo lo schema p-n-p, oppure n-p-n. Il cristallo centrale è detto base, mentre quelli laterali prendono il nome di emettitore e di collettore. Come si vede, il transistor è formato in sostanza da due diodi collegati in serie e aventi una zona in comune.
In condizioni di funzionamento normali, il diodo base-emettitore è polarizzato direttamente con una tensione di alcuni decimi di volt e cioè, per un transistor p-n-p, il polo positivo della sorgente di alimentazione è collegato all’emettitore ed il polo negativo alla base; Il diodo collettore-base viene invece polarizzato inversamente, ossia con il collettore al polo negativo dell’alimentatore e la base al polo positivo, con una tensione di alcuni volt (nel transistor n-p-n le polarità sono scambiate). Si verifica che in queste condizioni una piccola corrente nel circuito emettitore-base può “pilotare” una corrente di intensità assai più elevata nel circuito base-collettore. A somiglianza del triodo, pertanto, il transistor può venire utilizzato come amplificatore.