Un diodo al germanio è un componente elettronico che permette il passaggio della corrente in una sola direzione, grazie alle proprietà uniche del materiale semiconduttore utilizzato: il germanio. I diodi sono componenti fondamentali in molte applicazioni elettroniche, dalla rettificazione della corrente alternata alla protezione dei circuiti e al rilevamento dei segnali.
Il diodo al germanio è costituito da un giunto p-n, ossia un’interfaccia tra due regioni di semiconduttore drogato diversamente. La regione “p” è ricca di lacune positive, mentre la regione “n” è ricca di elettroni. Il germanio è il materiale base utilizzato per entrambi i tipi di drogaggio.
Principio di funzionamento
Quando non viene applicata alcuna tensione esterna, il giunto p-n stabilisce una barriera di potenziale a causa della diffusione iniziale degli elettroni dalla regione n alla regione p e delle lacune dalla regione p alla regione n. Questo crea una regione di svuotamento priva di portatori di carica mobili.
Polarizzazione diretta
Quando si applica una tensione positiva alla regione p rispetto alla regione n, il diodo è polarizzato direttamente. La tensione esterna riduce la barriera di potenziale, permettendo agli elettroni di muoversi dalla regione n alla regione p e alle lacune di muoversi nella direzione opposta. Questo flusso di cariche porta a una corrente elettrica che attraversa il diodo. Per i diodi al germanio, la tensione di soglia necessaria per superare la barriera di potenziale è tipicamente di circa 0,3 volt, più bassa rispetto ai diodi al silicio che richiedono circa 0,7 volt.
Polarizzazione inversa
Se si applica una tensione inversa, ossia una tensione negativa alla regione p rispetto alla regione n, la barriera di potenziale aumenta. Questo rafforza la regione di svuotamento e impedisce il flusso di corrente attraverso il diodo, salvo una piccola corrente di saturazione inversa dovuta ai portatori di carica minoritari. Questa corrente è tipicamente molto bassa, ma nei diodi al germanio può essere maggiore rispetto ai diodi al silicio, a causa del più alto numero di portatori intrinseci nel germanio.
I diodi al germanio hanno alcune caratteristiche distintive che li rendono utili in specifiche applicazioni:
- Bassa tensione di soglia: Come menzionato, la bassa tensione di soglia (circa 0,3 volt) rende i diodi al germanio ideali per applicazioni a bassa tensione.
- Risposta rapida: Il germanio ha una minore energia di gap (0,66 eV) rispetto al silicio (1,1 eV), il che permette una risposta più rapida ai cambiamenti di tensione, utile in applicazioni ad alta frequenza.
- Maggiore corrente di saturazione inversa: Questo può essere uno svantaggio in alcune applicazioni, poiché comporta una perdita di corrente più elevata quando il diodo è polarizzato inversamente.
I diodi al germanio sono utilizzati in vari contesti:
- Rilevamento di segnali: La bassa tensione di soglia li rende adatti per il rilevamento di segnali deboli in ricevitori radio e amplificatori.
- Circuiti ad alta frequenza: La loro rapida risposta li rende utili in circuiti RF e mixer.
Nonostante i diodi al germanio siano stati in gran parte sostituiti dai diodi al silicio in molte applicazioni moderne, continuano a essere apprezzati in specifiche aree grazie alle loro caratteristiche uniche.
