Diodo a giunzione

[banjoman]

Come ho detto nel mio post precedente, occorrono alcune premesse prima di procedere all'analisi dei dati che hai ottenuto.

Innanzitutto : in genere viene "calato dall'alto", senza troppe spiegazioni. Viene ovviamente approfondito se uno segue un corso di fisica dei dispositivi a semiconduttore.
Cercherò quindi di essere breve e non troppo ostico.

è generalmente conosciuto come ideality factor e, molto semplicemente, indica quanto fedelmente il diodo reale segue l'equazione ideale classica



Questa equazione viene ottenuta basandosi su determinate assunzioni (che qui non approfondisco). In pratica però vi sono effetti secondari a causa dei quali il diodo non segue più tale equazione: l'ideality factor fornisce un modo per tenerne conto.

Se allora il diodo è per forza di cose un ottimo diodo, ideale.
Molto succintamente, il fattore dipende dal tipo di ricombinazione che avviene entro la giunzione. Ripeto, approfondire a questo punto significherebbe entrare in un campo che generalmente esula dai corsi tipici di Elettronica Applicata, quindi preferisco non insistere.

Molto più interessante è esaminare invece la curva caratteristica di un diodo plottata usando una scala logaritmica per le ordinate. In tal modo si possono evidenziare 4 regioni.

Si vede subito la regione in cui il diodo si comporta come un diodo ideale: (), fino a 0,6 V circa: in questa regione la corrente aumenta di un ordine di grandezza per ogni incremento di tensione di circa 60 mV (per la precisione sarebbero 59,6 mV/decade).



La regione precedente quella avente è quella in cui la corrente è originata principalmente dal fenomeno di ricombinazione denominato Shockley-Read-Hall (SRH): qui il valore di é circa 2.

A destra della regione ideale, la corrente inizia a venire limitata dai fenomeni di ricombinazione conosciuti come high injection effects e dalla resistenza serie del diodo stesso.

Molto brevemente, il fenomeno di high injection si verifica quando la densità dei portatori di carica minoritari iniettati nella giunzione supera la densità dei drogaggio: in pratica il fenomeno inizia a manifestarsi per primo nella regione di semiconduttore a drogaggio più basso, in quanto in essa vi sono meno portatori di carica minoritari presenti.

In questa regione l'ideality factor passa dal valore 1 al valore circa 2.

Proseguendo, e aumentando ulteriormente la tensione applicata ai capi della giunzione del diodo, la corrente non incrementa più in modo esponenziale, ma bensì linearmente.
Questo a causa della resistenza serie del diodo, che origina da: la resistenza dei contatti tra il metallo dei reofori e il semiconduttore (vengono chiamati appunto contatti ohmici), la resistività del semiconduttore stesso, la resistenza dei reofori veri e propri.

Tutto ciò fa sì che, ancora una volta, cambi, e assuma valori decisamente maggiori di 2, come si può anche desumere osservando il grafico, dove per comodità sono state tratteggiate le rette aventi inclinazioni corrispondenti a e .

Questo grafico è comunque puramente indicativo: la regione 3 (quella ove si verifica il fenomeno della high injection) non è in genere così evidente, in quanto la limitazione di corrente inizia ad avvenire già grazie alla resistenza ohmica serie del diodo.

In conclusione, sembra che le tue misure rispecchino tutto quanto ho fino qua succintamente esposto.
Ripeto, succintamente, perché una trattazione più esaustiva avrebbe richiesto molte più righe (e molte più formule ). Però penso di averti chiarito un po' di cose.

Credo che lo scopo delle misure che il prof vi ha fatto fare sia (spero) proprio quello di mettervi in imbarazzo con . Credo che il prof vi spiegherà poi il perché di tale comportamento, magari in maniera più approfondita di quanto non abbia fatto io.

Max

[Shika93]

Spiegazione molto esaustiva!!

Una domanda. Nel caso della resistenza interna che hai citato, si ha un'influenza maggiore quando e quindi non posso più approssimare la corrente alla formula che hai scritto tu ma a



Siccome il punto dopo mi viene chiesto appunto il calcolo della con i valori misurati, posso in ogni caso utilizzare i valori che ho scelto su quelle misurazioni o mi conviene prendere i valori sulla curva a gomito dell'esponenziale? perché dal grafico che hai fatto tu, mi pare di capire di dover prendere un da 2 in poi.

[banjoman]

Qui la cosa si fa più sottile

Esiste la resistenza statica (DC) , definita semplicemente come il rapporto V/I di un punto sulla curva caratteristica. Questo valore varia ampiamente con V e I e non è un parametro molto utile.

Nel modo di funzionamento per piccoli segnali, si utilizza invece la resistenza incrementale (dinamica), : essendo questa dipendente dalla pendenza della caratteristica V-I del diodo, la puoi definire una volta stabilito il punto di lavoro del diodo.

Se vai a lavorare nella regione in cui predomina l'effetto ohmico () è probabile che la resistenza ohmica pure e semplice del complesso semiconduttore-contatti ohmici-reofori predomini ampiamente sulla resistenza dinamica vera e propria.

Dato che la resistenza dinamica (o differenziale che dir si voglia) varia con la corrente, è in genere conveniente, nel modello per piccoli segnali del diodo, trattare tale parametro come una costante.

In pratica la misura della resistenza differenziale si effettua scegliendo due punti sulla curva caratteristica (ad esempio spaziati di 10 mA, diciamo 5 mA e 15 mA), desumendone le corrispondenti tensioni ed eseguendo il rapporto .

Importante è comunque che specifichi bene il tipo di resistenza che hai calcolato, e come, onde evitare discussioni e obiezioni.

Puoi anche divertirti a ricavare la resistenza dinamica in ambedue i modi (dall'espressione o direttamente dal grafico) e confrontare i risultati. Dato che nell'espressione da te citata compare comunque , non è influente quale punto scegli, a patto di usare poi ovviamente il valore appropriato per .

Ripeto, non esiste un modo univoco per ottenere il risultato. E' sufficiente che poi spieghi al prof i perché e i percome delle tue scelte, e non avrà nulla da obiettare, secondo me.

[Shika93]

Devo capire bene come funziona questa resistenza differenziale che vado sempre in crisi perché non so mai se quando la devo calcolare devo fare la derivata o no perché stavo proprio calcolando la resistenza con la legge di ohm.
Comunque sia in questo caso penso sia più semplice perché la richiesta dice esplicitamente di usare la formula che ho scritto sopra con i valori di trovati. Quindi penso sia solo un problema algebrico di invertire la formula e basta senza dover fare derivate.
Il dubbio era solo se posso usare i valori che ho scelto o se devo prendere i valori in cui

[banjoman]

Beh, se hai già i valori di e è ovvio che fai prima a calcolare r matematicamente.
Il metodo dei due punti si utilizza quando si hanno a disposizione solamente la curva fornita dal costuttore nei datasheet, oppure la curva ottenuta con un curve tracer.
Secondo me il prof voleva la resistenza dinamica, quindi è giusto usare la formula che dici tu.

Se prendi i valori aventi vai a cadere nella zona in cui il fenomeno della resistenza ohmica pura e semplice è più accentuato. Io mi terrei intorno a 2.
Poi nulla ti vieta di calcolare il valore di r per più punti. Ti fai un'idea di come varia, e al tempo stesso vedrai che tende a divenire via via più costante a mano a mano che il diodo si allontana dal comportamento ideale.

Per quanto riguarda "quale" resistenza calcolare (differenziale o statica), doveva essere forse più preciso il prof.
Però, ti ripeto, quando si parla di resistenza di un diodo, generalmente si sottintende quella dinamica se si lavora per piccoli segnali, quella statica se si lavora con alte correnti (tipo raddrizzatori).

[Shika93]

E con ciò penso di aver concluso sta menata. Devo solo plottare dei grafici e basta.

Grazie mille per l'aiuto!

[banjoman]

E con ciò penso di aver concluso sta menata.

[Shika93]

Si intende per adesso xD
Anche se spero che il mio lavoro quando verrà il tempo non si limiterà nel prendere delle misurazioni xD

[edgar]

Anche se spero che il mio lavoro quando verrà il tempo non si limiterà nel prendere delle misurazioni xD

Dipende dal lavoro: in uno dei miei precedenti, durante le prove di qualifica di un componente per un satellite, si ripeteva una singola misura (a temperatura/condizioni diverse) per 64 volte!!!

[Shika93]

Avrei giusto un'ultima cosa da chiedere. Che conclusione si arriva ad avere?
Con valori di molto grandi il diodo non si comporta più come un diodo ideale. Che svantaggi ho?
Ok che non è più ideale, quindi correnti parassite e qualunque altra cosa ci sia dentro...Ma che posso dire?

Nel senso, ho fatto il conto per confrontare la corrente finale e vedo che per valori di corrente e tensione alti ho una corrente dell'ordine del , mentre con valori bassi
Nel valore intermedio ho un valore di
Ciò cosa implica? Ovvio, con una corrente e tensione alte passa più corrente e per correnti e tensioni basse ne passa una meno.
Sinceramente mi aspettavo che con valori alti, ci si avvicinasse al valore di