In elettronica, la modellizazione del diodo è la descrizione matematica usata per approssimare il comportamento effettivo dei diodi reali, al fine di consentire i calcoli e l'analisi dei circuiti.

Principi generali La curva I-V di un diodo è non lineare e presenta andamenti diversi a seconda dell'intensità della corrente applicata.

Un modello fisico accurato, ma complicato, consiste in una curva I-V a tratti, composta da tre esponenziali con una pendenza leggermente diversa (dipendente dal fattore di idealità). Questi diversi tratti corrispondono fisicamente a diversi meccanismi di ricombinazione dei portatori di carica nel dispositivo; a correnti molto grandi o molto piccole, invece, la curva può essere composta da segmenti lineari (il diodo ha comportamento resistivo).

Con buona approssimazione, un diodo è modellizzato dall'equazione di Shockley. Pur essendo un'equazione a singolo esponenziale, a causa della non linearità, genera ancora calcoli molto complicati nei circuiti che coinvolgono diodi, quindi spesso si utilizzano modelli ancora più semplici.

Le formule seguenti sono relative alla modellizzazione dei diodi a giunzione p-n, ma le tecniche possono essere generalizzate ad altri diodi allo stato solido.

Modellizzazione per grandi segnali

Modello di diodo Shockley L'equazione del diodo Shockley mette in relazione la corrente di un diodo a giunzione p-n con la tensione del diodo . Questa relazione è la caratteristica I-V del diodo:

,

dove è la corrente di saturazione o corrente di scala del diodo (tipicamente ). Essa è proporzionale all'area della sezione del diodo; è la tensione termica (, circa a temperature normali); è detto fattore di idealità del diodo (per i diodi al silicio, è circa 1-2).

Quando , la formula può essere semplificata:

.

Questa espressione, tuttavia, è solo un'approssimazione di una caratteristica I-V che è in realtà più complessa. In particolare, la sua applicabilità trova dei limiti nel caso di giunzioni ultra-sottili, per le quali si ricorre a modelli analitici migliori.

Modellizzazione per piccoli segnali

Resistenza Utilizzando l'equazione di Shockley, la resistenza di piccolo segnale del diodo può essere calcolata in un punto di lavoro Q. Indicata con la corrente continua di polarizzazione nel punto e la tensione applicata, la conduttanza di piccolo segnale del diodo è data da:

.

Quest'ultima approssimazione presuppone che la corrente di polarizzazione sia sufficientemente grande da poter trascurare il fattore 1 dell'equazione del diodo Shockley. Questa approssimazione è accurata anche a tensioni piuttosto basse, infatti, essendo la tensione termica a , l'esponenziale tende ad assumere valori molto elevati.

La resistenza di piccolo segnale è per definizione il reciproco della conduttanza di piccolo segnale appena trovata; perciò è indipendente dalla componente alternata della corrente ed è data da:

.

Note

Categoria:Diodi