I modelli ideali del diodo ("semplice interruttore" e "generatore di tensione") rappresentano soltanto delle utili semplificazioni del comportamento reale del diodo.
Il funzionamento reale del diodo può essere rappresentato per mezzo di un grafico che mette in relazione la tensione applicata fra anodo e catodo e la corrente nel diodo. Tale grafico prende il nome di caratteristica ingresso-uscita (o, più semplicemente, transcaratteristica) del diodo. Lo schema di principio per rilevare la transcaratteristica di un diodo reale è mostrato in figura:
Nello schema E rappresenta un generatore di tensione variabile, A è un amperometro per la misura della corrente che attraversa il diodo e V è un voltmetro per la misura della tensione sul diodo. La misura della transcaratteristica avviene variando la tensione E e misurando la corrente i e la tensione v ai capi del diodo.
La figura seguente mostra la transcaratteristica di un diodo reale in zona di polarizzazione diretta:
Come possiamo osservare la corrente nel diodo è praticamente nulla finché la tensione non raggiunge la tensione di soglia (circa 0,6 V). Dopodiché la corrente cresce molto rapidamente, anche in corrispondenza di piccole variazioni della tensione applicata. La pendenza della curva, quando il diodo conduce, è molto elevata, quasi verticale.
In pratica, una volta raggiunta la tensione di soglia, il diodo diventa un conduttore quasi perfetto, con una bassissima resistenza equivalente: il passaggio di corrente non fa infatti quasi variare la tensione ai capi del componente.
La rapidissima variazione della corrente sopra la tensione di soglia rende quasi impossibile misurare la transcaratteristica del diodo col circuito visto in precedenza:
Infatti basterebbe aumentare di poco la tensione E per avere il passaggio di una corrente in grado di distruggere il componente (1 V di tensione applicata può essere sufficiente per "fondere" un diodo). Per questa ragione la misura della caratteristica ingresso-uscita del diodo in zona di polarizzazione diretta viene generalmente effettuata iterponendo una resistenza di protezione Rpfra il diodo e il generatore. Tale resistenza ha il compito di assorbire la tensione in eccesso, limitando di conseguenza il valore della corrente nel diodo:
Invertendo la polarità del generatore E, è possibile misurare la transcaratteristica del diodo in polarizzazione inversa. La figura seguente mostra una curva tipica:
Nel grafico precedente i valori di tensioni negative rappresentano tensioni inverse sul diodo, cioè applicate fra catodo e anodo. Allo stesso modo le correnti negative rappresentano correnti che scorrono nel diodo "al contrario", cioè fra catodo e anodo.
La curva ci dice che:
- per tensioni negative fino a qualche volt (circa -8V in figura) la corrente inversa che attraversa il diodo è molto bassa (valori tipici inferiori al nanoampere) e può generalmente essere considerata nulla (il diodo si comporta come un tasto aperto)
- se si raggiunge un valore di tensione negativa piuttosto elevato (varia a seconda dei diodi: nell'esempio in figura vale -8V circa, ma i diodi a giunzione reali presentano valori solitamente molto più elevati, spesso superiori a -100V) la corrente inversa nel diodo aumenta molto rapidamente; tale valore limite di tensione viene detto tensione di breakdown o di rottura, in quanto porta generalmente alla distruzione del componente. Tale valore non deve mai essere raggiunto nel normale funzionamento del diodo.
E' interessante confrontare la curva caratteristica di un diodo con quella di una comune resistenza. Si osservi la figura seguente:
Si noti che la curva caratteristica del resistore è una retta: ciò significa che tensione e corrente sul componente sono fra di loro direttamente proporzionali. In altre parole si dice anche che il resistore è un componente lineare (dal latino linea, che significa appunto retta).
Il diodo invece è un componente non lineare, come si può facilmente osservare dalla forma della sua curva caratteristica, tutt'altro che rettilinea. In esso infatti tensione e corrente non sono legate fra loro da una legge di semplice proporzionalità diretta.
La non linearità del diodo ha molte conseguenze di rilievo per quanto riguarda la matematica necessaria per analizzare i circuiti contenenti il diodo. La più importante conseguenza è forse il fatto che nei circuiti col diodo (come per qualsiasi circuito non lineare) non è possibile applicare il principio di sovrapposizione degli effetti (che invece è valido per i circuiti lineari).
Se il diodo viene descritto usando il suo modello ideale "come interruttore", la sua transcaratteristica assume una forma spezzata, coincidente con i due semiassi x e y (la figura seguente mostra il confronto fra la caratteristica ideale e quella reale):
Modellizzando invece il diodo come un generatore di tensione in polarizzazione diretta, la transcaratteristica diventa la seguente:
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