Un diodo a giunzione PN può fungere da interruttore sfruttando le sue caratteristiche di polarizzazione diretta e inversa. Nella polarizzazione diretta, quando il diodo è collegato in modo tale che il terminale positivo della sorgente di tensione sia applicato al materiale di tipo P e il terminale negativo al materiale di tipo N, il diodo consente alla corrente di fluire facilmente (conduce). Ciò è simile alla chiusura di un interruttore, poiché la tensione applicata ai capi del diodo supera la barriera di potenziale incorporata, consentendo il passaggio della corrente con una resistenza minima. Questa condizione di polarizzazione diretta attiva effettivamente il diodo come un interruttore conduttivo.
Al contrario, nella polarizzazione inversa, quando il diodo è collegato con il terminale positivo della sorgente di tensione al materiale di tipo N e il terminale negativo al materiale di tipo P, il diodo non conduce corrente (agisce come un interruttore aperto) . Questo perché la polarizzazione inversa aumenta l’ampiezza della regione di svuotamento all’interno della giunzione PN, rendendo difficile il flusso della corrente. Di conseguenza, il diodo rimane non conduttivo, comportandosi come un interruttore aperto.
I diodi sono componenti essenziali nei circuiti raddrizzatori, che convertono la corrente alternata (CA) in corrente continua (CC). Esistono due tipi principali di raddrizzatori: raddrizzatori a semionda e raddrizzatori a onda intera.
Un raddrizzatore a semionda utilizza un diodo a giunzione PN per condurre la corrente solo durante metà del ciclo CA. Durante il semiciclo positivo della tensione di ingresso CA, il diodo è polarizzato direttamente e conduce corrente, consentendole di passare al resistore di carico. Durante il semiciclo negativo, il diodo è polarizzato inversamente e blocca il flusso di corrente. Ciò si traduce in una forma d’onda di uscita raddrizzata di semionda, il che significa che conserva solo i semicicli positivi della forma d’onda CA di ingresso.
Un raddrizzatore a onda intera, d’altra parte, utilizza due diodi (in una configurazione come un raddrizzatore a presa centrale o a ponte) per rettificare entrambe le metà della forma d’onda di ingresso CA. In un raddrizzatore a ponte, ad esempio, quattro diodi formano una configurazione a ponte che consente alla corrente di fluire attraverso il resistore di carico durante entrambe le metà del ciclo CA, risultando in una forma d’onda completamente raddrizzata (tutti i semicicli negativi e positivi vengono convertiti in positivo).
Un diodo ideale agisce come un interruttore in modo tale da condurre corrente con caduta di tensione diretta pari a zero e bloccare completamente la corrente con polarizzazione inversa senza alcuna dispersione. In termini pratici, nessun diodo è del tutto ideale, ma i modelli di diodi ideali vengono utilizzati nell’analisi dei circuiti per semplificare i calcoli e comprendere il comportamento di commutazione di base senza considerare le cadute di tensione dei diodi o le correnti di dispersione inverse.
In sintesi, un diodo a giunzione PN agisce come un interruttore sfruttando la sua capacità di condurre la corrente in polarizzazione diretta (interruttore chiuso) e di bloccare la corrente in polarizzazione inversa (interruttore aperto). Questa caratteristica è fondamentale nei circuiti raddrizzatori in cui i diodi vengono utilizzati per convertire la corrente alternata in corrente continua raddrizzando la forma d’onda di ingresso, parzialmente (rettifica a semionda) o completamente (rettifica a onda intera), a seconda della configurazione del circuito.