Qu'est-ce qu'une diode?

Une diode est un composant à semi-conducteur qui ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens.

Symbole:

Par convention lorsque le courant électrique circule de l'anode vers la cathode on dit que la diode est dans le sens passant. Dans le cas contraire elle est bloquée.

Utilisations:

On retrouve les diodes dans beaucoup d'applications électroniques. Comme par exemple:

> Les alimentations à courant continu:

Les montages électroniques ont souvent besoin d'une alimentation en courant continu pour fonctionner. Obtenir ce courant continu à partir du courant alternatif du secteur, est possible grâce à un pont de diodes associé à d'autres composants:

> La protection d'autres composants dans un montage:

Ici la diode montée "en roue libre" sur la bobine du relais permet de protéger le transistor contre des surtensions qui pourraient le détruire.

> Fonctions logiques :

Comme exemple de fonction, on peut câbler deux diodes et une résistance, pour faire une fonction logique "ET" toute simple:

Les applications où on peut trouver des diodes sont si nombreuses qu'il est impossible de les citer toutes ici.

Structure:

Tout d'abord, c'est quoi un semi-conducteur? C'est un matériau qui n'est ni conducteur, ni isolant. Les matériaux semi-conducteurs souvent utilisés sont le Silicium, le Germanium et l' Arséniure de Gallium.

Un semi-conducteur tout seul dopé P ou dopé N a peu d'intérêt. C'est leur association qui permet de créer des composants à semi-conducteurs.

Une diode est crée par la jonction de deux matériaux semiconducteurs, dont l' un est dopé P (positif) et l'autre dopé N (négatif).

A = anode; K = cathode.

A la jonction des deux plaques, est créé une zone d'appauvrissement. Celle-ci se comporte comme un isolant qui ne laisse passer aucun courant.

Si une tension positive est appliquée entre l'anode et la cathode, cette zone d'appauvrissement disparaît, et le courant circule de l'anode vers la cathode de la diode.

En revanche si on applique une tension négative entre l'anode et la cathode, la zone d'appauvrissement s'élargit, puis s'oppose au passage du courant à travers la diode.

D' un autre point de vue, on peut dire qu' une diode est un interrupteur qui ne laisse passer le courant électrique que dans un sens.

Test d'une diode:

Comment vérifier qu'une diode est en bon état à l'aide d'un multimètre? La plupart des,multimètres du marché possèdent la fonction test diode, repérée par un petit symbole de diode sérigraphié aux côtés des autres.

1. 1. Il faudra d'abord s'assuer qu'il n'y a aucune tension au bornes de la diode si celle-ci est montée sur une carte électronique. Au besoin s'assurer que tous les condensateurs qui s'y trouver sont déchargés;
   2. Mettre le multimètre en mode test diode en plaçant le commutateur rotatif sur le symbole diode;
   3. Puis connecter l'anode de la diode(A) au le pôle positif de l'appareil, et la cathode (K : repérée souvent par un anneau dessiné sur le boîtier) au le pôle négatif. Noter la valeur de la tension. Celle-ci devrait avoisiner 0,6V pour des diodes signal du type 1N4148 ou pour certaines diodes de redressement du type 1N4001,...1N4007. (Voir test 1 - image ci-dessous)
   4. Inverser la connexion de la diode à l'appareil, le câble positif à la cathode (K), et le câble négatif à l'anode (A). L'affichage devra indiquer l'état d'un circuit ouvert, ou alors si la diode est montée sur une carte électronique, la valeur affichée devrait être différente de celle mesurée au test n°1. (Voir les deux tests - image ci-dessous).

Que faire si l'appareil ne possède pas la fonction test diode?

On peut utiliser la mesure de résistances. Placer le commutateur rotatif sur la position (Ω). Procéder de la même façon que précédemment. Mais cette métode n' est pas sûre. Il faudra la comparer en effectuant le test avec une diode de la même famille qui est en bon état.

Caractéristique d'une diode idéale:

Dans les lignes précédentes, on a vu qu'une diode est un interrupteur qui laisse passer le courant dans un sens. Mais ce n'est pas vraiment le cas. Lorsqu'une diode se trouve dans le sens passant, le courant ne commence réellement à circuler que lorsque la tension directe à ses borne dépasse une certaine valeur. C'est la tension de seuil de la diode. Elle égale à 0,3V; 0,7V ou 1V pour certains types de diodes, et les constructeurs la note V_F (F = forward).

On a la caractérique ci-après:

C'est une caracatéristique simplifiée de la diode idéale.

Caractéristique d'une diode réelle:

En plus de la tension de seuil, la diode présente une résistance de faible valeur lorsqu'elle se trouve dans le sens passant. Cela amène à établir l'équivalence entre les deux représentations ci-après:

Si I_F c'est le courant directe de la diode, V la tension directe, R_d la valeur de sa résistance interne et V_F sa tension de seuil, on peut écrire:

\[\mathsf{V = V_F + R_dI_F}\]

donc:

\[\bbox[5px,border:2px solid]{\mathsf{I_F = \frac{1}{R_d}(V − V_F)}}\]

On a ainsi la caractéristique réelle simplifiée suivante:

Dès que la tension de seuil V_F est atteinte, le courant qui circule dans la diode varie de façon linéaire avec la tension directe V. Mais ce courant ne devra pas dépasser une valeur limite.

Pour faire une représentation plus complète on partira de la formule:

\[\mathsf{\large{I_F = I_{SS}.(e^{(V/ηV_T)}} - 1)}\]

avec   \(\mathsf{V_T = \large{\frac{kT}{q}}}\)

I_F : courant direct (A);

I_SS : courant de saturation inverse (A);

V : tension directe;

η: un coefficient qui dépend du matériau (compris entre 1 et 2); pour le silicium il est égal à 1;

k: constante de Boltzmann (J/K);

T: température (K);

q: la charge d'un électron (C).

Ce qui donne le graphique ci-après:

Remarques:

Une fois de plus on peut constater que la diode n'est pas parfaite. En principe, elle ne laisse passer le courant que dans un sens. Mais d'après la courbe ci-dessus, même lorsque la diode est bloquée, un courant de faible valeur passe en sens inverse. Ce courant est appelé courant de fuite.

Dans la zone de la courbe en rouge, le courant inverse augmente très rapidement; c'est la zone de claquage de la jonction. Cette augmentation rapide n'est destructrice que si la température limite de la jonction est atteinte, ou si aucun arc électrique ne s'est produit autour de la jonction.

Familles de diodes:

• Les diodes signal et de commutation;
• Les diodes de redressement standards;
• Les diodes Schottky;
• Les diodes zener;
• Les diodes électroluminescentes (LED);
• Les diodes à Infrarouge;
• Les photodiodes;
• Les diodes laser;
• Les diodes varcaps;
• ...etc.