Les diodes

Généralités

La diode un dipôle non-linéaire et polarisé (ou non-symétrique).

Le sens de branchement de la diode a donc une importance sur le fonctionnement du circuit électronique.

Sa fonction principale est de ne laisser passer le courant électrique que dans un seul sens.

La plupart des diodes sont réalisées par la jonction de deux semi-conducteurs : l’un dopé « P » l’autre dopé « N ».

 

Fonctionnement

La diode possède deux régimes de fonctionnement : bloqué et passant.

Pour faire fonctionner la diode, il faut la polariser : la placer dans un circuit de manière à créer une tension \(V_{AK}\) entre ses bornes et courant d’intensité \(I_D\) (courant direct, peu aussi s’écrire \(I_F\), avec \(F\) pour Forward) la traversant :

  • Diode bloquée : \(V_{AK}<V_{seuil}\), ce qui empêche le passage du courant : \(I_D=0\).
  • Diode passante : \(V_{AK}≥V_{seuil}\), ce qui entraîne \(I_D\neq0\).
\(V_{seuil}\) (ou \(V_{D0}\) ou \(V_F\) avec \(F\) pour Forward) est la tension de seuil.

 

Caractéristique tension–courant

Les caractéristiques principales que l’on peut trouver dans un document constructeur (datasheet) sont :

  • \(V_F\) (\(F\) pour Forward) : tension de seuil
    en pratique : de 0,3V à 0,7V
  • \(V_{FM}\) : tension directe Maximale
  • \(I_{FM}\) : courant direct Maximal
  • \(V_{RM}\) : tension inverse Maximale
    en pratique : 100V à 1000V
  • \(I_R\) : courant inverse
    en pratique : quelques \(\mu A\)

La tension inverse maximale ne doit pas être dépassée ! Si la tension d’avalanche \(V_A\) est atteinte, la diode est détruite de manière irréversible : c’est le phénomène de claquage ou d’avalanche.

 

Modélisations

Modèle « diode » parfaite »

 

Modèle avec tension de seuil

 

Modèle avec résistance série

 

Modèle de Shockley

Le courant \(I_D\) qui traverse une diode s’obtient par l’équation de Shockley :

\(I_D=I_s\text{e}^\frac{U_D}{N\;V_t}\)

où :

  • \(U_D\) est la tension aux bornes de la diode ;
  • \(V_t\) appelé tension thermique est égal à \(\frac {k\,T}{-e}\)

 \(V_0=26\text{mV}\) à \(T=20\text{°C}\) ;

  • \(N\) est le facteur de qualité de la diode, généralement compris entre 1 et 2;
  • \(I_s\) est le courant de saturation de la diode.

 

Utilisation

Diode de roue libre

Lorsqu’on alimente une charge inductive (moteur, bobine, relais, …) à l’aide d’un transistor en commutation (comme un interrupteur), du courant le traverse. À l’ouverture du transistor, il faut que le courant circulant dans la charge inductive puisse continuer à circuler un certain temps : il faut assurer la continuité du courant.

La diode de roue libre se connecte en parallèle d’une charge inductive pour la continuité du courant électrique dans l’inductance.

  • Quand le transistor est saturé (\(K\) fermé), un courant I circule dans l’inductance, \(V_{AK}=-V_{cc}\) : la diode est bloquée.
  • Au blocage du transistor (\(K\) ouvert), un courant continue à circuler dans la bobine, celle-ci se décharge alors dans la diode : elle est passante.
    La diode protège le transistor contre les surtensions qu’aurait provoqué une rupture brutale du courant dans la bobine.

 

La LED

Une diode électroluminescente ou DEL (en anglais : Light-Emitting Diode, LED), est un composant optoélectronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique.


Il est indispensable de ne pas dépasser l’intensité admissible (10 à 30 mA pour une LED de faible puissance et de l’ordre de 350 à 1 000 mA pour une LED de forte puissance) et donc d’intercaler une résistance en série ou d’utiliser une limitation en courant.

 

La diode Zener

La diode Zener a la particularité d’être passante dans les deux sens mais avec une tension de claquage déterminée (le claquage est réversible).

Lorsqu’on la connecte en inverse en parallèle avec une source de tension variable, une diode Zener devient conductrice lorsque la tension atteint la tension d’avalanche de la diode. Elle maintient ensuite la tension à cette valeur.
Cette tension sera utilisée comme tension de référence dans les montages. Elle permet également la protection en surtension.

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