10 - I Diodi e gli Alimentatori

📘 Lezione 10 - I Diodi e gli Alimentatori

📌 Panoramica

Materia: Elettronica — Diodi, alimentatori lineari, alimentatori switching
Tempo di studio stimato: 2 ore
Prerequisiti: Nozioni base di corrente, tensione, componenti passivi (resistori, condensatori)
Obiettivi di apprendimento:
- Comprendere il funzionamento e la struttura dei diodi
- Conoscere i vari tipi di diodi (raddrizzatore, LED, Zener, Varicap, Schottky)
- Capire il funzionamento degli alimentatori lineari e le loro sezioni
- Comprendere i principi degli alimentatori switching, i loro pregi e difetti

📖 Contenuti Teorici

1. 🔀 I Diodi

Il diodo è un dispositivo a semiconduttore che consente il passaggio di corrente in un solo senso.

🔹 Materiali Semiconduttori e Drogaggio

È composto da due parti di semiconduttore (tipicamente silicio che ha 4 elettroni di valenza), che vengono “drogati” per modificarne le proprietà elettriche:

Drogaggio P (es. Indio, 3 elettroni di valenza): Si formano “lacune” positive.
Drogaggio N (es. Arsenico, 5 elettroni di valenza): Si formano elettroni liberi.

Quando polarizzato direttamente, la soglia di conduzione dei diodi al silicio è di 0,7 V. Questo significa che quando è attraversato da corrente (polarizzazione diretta), ai suoi capi cadono 0,7 V.

🔹 Funzioni Principali

Raddrizzamento: Serve a rendere pulsante una corrente alternata (cioè a trasformare CA in CC).
Rivelazione (Demodulazione): Serve a estrarre un segnale a frequenza audio (BF) da un segnale a radiofrequenza (RF) modulato.

🔹 Parametri Limite

Un diodo ha dei limiti fisici che non possono essere superati senza danneggiarlo:

Massima tensione inversa: massimo valore di tensione applicabile in senso inverso.
Massima corrente: massimo valore di corrente applicabile in polarizzazione diretta.
Massima potenza: massimo prodotto tra corrente e caduta di tensione (0,7V) in polarizzazione diretta.

🔹 Tipi di Diodi

Diodo raddrizzatore: trasforma CA in CC.
Diodo LED: in grado di emettere luce. Lavora in polarizzazione diretta.
Diodo Zener: in grado di stabilizzare la tensione ai suoi capi. Lavora in polarizzazione inversa.
Diodo Varicap: cambia la capacità al variare della tensione applicata (funziona come un condensatore variabile). Lavora in polarizzazione inversa.
Diodo Hot-Carrier (Schottky): ha una giunzione metallo-semiconduttore. È un diodo molto veloce, impiegato in UHF e SHF.

2. 🔌 Gli Alimentatori Lineari

Un alimentatore lineare trasforma la tensione di rete (220 V CA) in una tensione continua stabile necessaria per i dispositivi elettronici (es. 13,8 V CC per le radio).

🔹 Il Trasformatore

Serve per due scopi principali:

Trasformazione: abbassa la tensione di rete (220 V) a una tensione vicina a quella di uscita desiderata.
Isolamento galvanico: garantisce la separazione elettrica tra la rete e il circuito, impedendo il passaggio di corrente diretta per sicurezza.

🔹 Raddrizzamento

Raddrizzatore a singola semionda: usa 1 diodo. Fornisce una tensione pulsante alla stessa frequenza della rete (50 Hz).
Raddrizzatore a doppia semionda (2 diodi + trasformatore con presa centrale): fornisce una tensione pulsante a frequenza doppia (100 Hz).
Ponte di Graetz (4 diodi): fornisce tensione pulsante a frequenza doppia senza necessitare del secondario doppio sul trasformatore.

🔹 Spianamento (Condensatore di Filtro)

Si usano condensatori di alta capacità (elettrolitici) per “spianare” l’andamento pulsante e fornire una tensione continua (seppur con un leggero ripple).

🔹 Stabilizzazione

I circuiti stabilizzatori rendono costante la tensione di uscita indipendentemente dal carico. Utilizzano un transistor di regolazione, pilotato in base alla “tensione di errore” (la differenza tra l’uscita e una tensione di riferimento nota).

3. ⚡ Gli Alimentatori a Commutazione (Switching)

Negli alimentatori switching, la tensione di rete viene prima raddrizzata (diventando circa 310 V CC) e poi un oscillatore la trasforma in una tensione alternata ad altissima frequenza (es. 30-60 kHz). Questo permette di usare trasformatori piccolissimi per abbassare la tensione, che viene poi nuovamente raddrizzata e livellata.

🔹 Isolamento con Optoisolatore

L’isolamento galvanico della retroazione (feedback) è affidato a un optoisolatore: un componente formato da un LED e un fototransistor nello stesso contenitore. Questo garantisce la sicurezza elettrica separando la parte ad alta tensione da quella in uscita.

🔹 Pro e Contro

Pregi:

Più piccoli e leggeri (trasformatore minuscolo e meno dissipatori necessari).
Rendimento molto elevato (70-90%).
Costo più basso.

Difetti:

Generano interferenze a Radiofrequenza (RF).
Tempi di risposta al transitorio più lenti.
Segnale di uscita non perfettamente livellato.

🔗 Mappa Concettuale

Drogaggio P e N → formano → giunzione del diodo.
Polarizzazione diretta → permette → conduzione del diodo al silicio oltre la soglia.
Diodi raddrizzatori → trasformano → tensione alternata in tensione pulsante.
Condensatore di filtro → spiana → tensione pulsante; stabilizzatore → mantiene → tensione di uscita costante.
Alimentatore lineare → usa → trasformatore di rete e raddrizzatore.
Alimentatore switching → usa → commutazione ad alta frequenza e un trasformatore più piccolo.
Optoisolatore → separa elettricamente → retroazione e sezione ad alta tensione.

📝 Punti Chiave

Il diodo al silicio conduce prevalentemente in un verso; in polarizzazione diretta presenta una caduta di tensione di circa 0,7 V.
Le specifiche di massima tensione inversa, corrente diretta e potenza non devono essere superate.
Il raddrizzamento a doppia semionda produce una tensione pulsante a 100 Hz con una rete a 50 Hz, mentre quello a singola semionda conserva la frequenza di 50 Hz.
Nell’alimentatore lineare il trasformatore abbassa la tensione e isola dalla rete; il condensatore filtra e lo stabilizzatore regola l’uscita.
L’alimentatore switching usa una frequenza di commutazione elevata per ridurre le dimensioni del trasformatore, ma può generare interferenze radio.

❓ Domande di Comprensione

Perché il drogaggio di tipo P e quello di tipo N permettono a una giunzione di comportarsi da diodo?
In che modo la soglia di conduzione del silicio influisce sulla tensione disponibile a valle di un diodo polarizzato direttamente?
Perché un ponte di Graetz fornisce impulsi a frequenza doppia rispetto alla rete senza richiedere un trasformatore con presa centrale?
Quali funzioni diverse svolgono il condensatore di filtro e lo stabilizzatore in un alimentatore lineare?
Perché la frequenza di commutazione elevata consente di ridurre il trasformatore, ma può creare problemi a un ricevitore radio?
Quale ruolo svolge l’optoisolatore nella retroazione di un alimentatore switching e perché è importante l’isolamento galvanico?

📚 Glossario

Alimentatore lineare — circuito che abbassa, raddrizza, filtra e stabilizza la tensione di rete.
Alimentatore switching — alimentatore che converte la tensione tramite commutazione ad alta frequenza prima del raddrizzamento finale.
Diodo — componente a semiconduttore che conduce prevalentemente in un solo verso.
Drogaggio N — aggiunta di impurità che forniscono elettroni liberi a un semiconduttore.
Drogaggio P — aggiunta di impurità che creano lacune in un semiconduttore.
Isolamento galvanico — separazione elettrica tra due circuiti senza passaggio diretto di corrente.
Optoisolatore — componente che trasferisce un segnale tramite luce mantenendo separate elettricamente le due sezioni.
Ponte di Graetz — raddrizzatore a quattro diodi che sfrutta entrambe le semionde.
Raddrizzamento — conversione della tensione alternata in tensione pulsante unidirezionale.
Ripple — variazione residua della tensione continua dopo il filtraggio.
Stabilizzazione — regolazione che mantiene costante la tensione d’uscita al variare del carico.

👥 Partecipanti

👨‍🏫 Relatore: non indicato nella fonte.

📅 Informazioni Lezione

Campo	Valore
Lezione	10
Data	20 maggio 2026
Durata	~2 ore
Numero argomenti	3 (Diodi, Alimentatori Lineari, Alimentatori Switching)
Parole chiave	Diodo, Silicio, LED, Zener, Trasformatore, Raddrizzatore, Switching, Optoisolatore