I diodi a giunzione PN funzionano sfruttando le proprietà della giunzione formata tra materiali semiconduttori di tipo p e di tipo n. Quando questi materiali vengono riuniti, gli elettroni della regione di tipo n (che ha un eccesso di elettroni) si diffondono nella regione di tipo p (che ha un eccesso di lacune). Questo movimento crea una regione di esaurimento attorno alla giunzione dove non esistono portatori di carica gratuiti. Il campo elettrico formato in questa regione si oppone all’ulteriore diffusione dei portatori di carica, creando un equilibrio. Quando polarizzata direttamente (tensione positiva sul lato p), la barriera viene ridotta, consentendo il flusso di corrente. Quando polarizzato in modo inverso (tensione positiva sul lato n), la barriera aumenta, impedendo il flusso di corrente.
Il principio di funzionamento di un diodo si basa sul flusso direzionale della corrente. Un diodo consente alla corrente di passare in una direzione (direzione diretta) mentre la blocca nella direzione opposta (direzione inversa). Ciò è dovuto alla formazione della regione di svuotamento nella giunzione PN, che funge da barriera al movimento dei portatori di carica. Nella polarizzazione diretta, la tensione esterna riduce la barriera, consentendo il flusso di corrente. Nella polarizzazione inversa, la barriera viene rafforzata e la corrente viene bloccata, ad eccezione di una piccola corrente di dispersione dovuta ai portatori minoritari.
Un raddrizzatore a giunzione PN funziona convertendo la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). Durante il semiciclo positivo dell’ingresso CA, la giunzione PN è polarizzata direttamente, consentendo alla corrente di fluire attraverso il diodo. Durante il semiciclo negativo, il diodo è polarizzato inversamente, bloccando il flusso di corrente. Questo processo si traduce nella rettifica della corrente alternata in una corrente continua pulsante. In un raddrizzatore a onda intera, vengono utilizzati più diodi per rettificare entrambe le metà del ciclo CA, fornendo un’uscita CC più costante.
La giunzione PN consente al diodo di funzionare creando una regione di svuotamento che controlla il flusso dei portatori di carica. Nella polarizzazione diretta, la tensione esterna applicata riduce l’ampiezza della regione di svuotamento, consentendo agli elettroni e alle lacune di ricombinarsi e alla corrente di fluire. Nella polarizzazione inversa, la regione di svuotamento si allarga, impedendo ai portatori di carica di attraversare la giunzione, bloccando così il flusso di corrente. Questo controllo direzionale della corrente è il principio di funzionamento fondamentale del diodo.
In una condizione imparziale, un diodo a giunzione PN è caratterizzato dalla presenza di una regione di svuotamento in corrispondenza della giunzione. Senza alcuna tensione esterna applicata, il campo elettrico all’interno della regione di svuotamento impedisce il libero movimento dei portatori di carica attraverso la giunzione. Gli elettroni nella regione di tipo n e le lacune nella regione di tipo p rimangono nelle rispettive aree, mantenendo l’equilibrio. Il diodo, in questo stato, non conduce corrente significativa perché il campo elettrico interno della regione di svuotamento bilancia la diffusione dei portatori di carica.