La diode -- page 1/2

Description de la diode.

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Photos:

	Diodes de signal. (Nous verrons plus tard à quoi elles servent)
	Diodes de redressement
	Une diode C.M.S. (Composant miniature de surface) Ces diodes sont directement soudées du coté des pistes
	Diodes de puissance: elle supportent un fort courant et une forte tension
	C'est une vieille diode de redressement. (on n'en trouve plus beaucoup qui ont cette forme)
	Diode haute frequence (on la trouve par exemple dans les decodeurs U.H.F. des televisions)
	Les composants derivés des diodes: (dans l'ordre) ~ un pont de diodes (voir la rubrique exemples d'utilisation) ~ Une L.E.D. (diode qui eclaire) remarque: cette LED n'eclaire pas blanc mais rouge. Les diodes blanches ne sont pour le moment pas en vente. ~ Une diode infrarouge receptrice. C'est le genre de composant qu'il y a dans les televisions et qui capte les signaux emis par la telecommande.

Symboles

La diode a un sens. Pour repérer ce sens, chaque patte a un nom.
Sur les symboles ci dessous, la base du triangle represente l'anode, et le trait represente la cathode (valable pour toutes les diodes)
Sur les diodes elles memes, le sens est generalement reperé par une bague noire (voir plus bas pour le code de marquage)

	C'est le symbole de la diode classique
	Ce sont les symboles de la diode zener: ~ le premier est le symbole actuellement en vigueur ~ le second est l'ancien symbole ~ le dernier n'est pas normalisé, mais il est tout de meme employé Cette diode est également appelée diode à effet de claquage
	Stabistor (sorte de diode zener faible tension)
	Diode zener programmable
	Double diode zener (deux diodes zener mises tête beche)
	Diode Schottky
	Diode varicap ou diode à variation de capacité
	Diode electro luminescente ou L.E.D. Pour une diode infrarouge receptrice, les fleches sont dans l'autre sens
	Diode tunnel

Nous verrons plus bas a quoi correspondent tous ces noms

Fonctionnement d'une diode classique:

Par analogie avec le clapet, on peut differencier deux etats pour la diode: passante et bloquée:

Etat passant: Ve > Vs

La diode est passante lorsque Ve > Vs.

On a alors Id > 0
et Vd > 0 (en fait Vd reste à 0.7V environ)

Le courant circule de l'anode de la diode (reperée "A") vers le cathode de la diode (reperée "C")
C'est le cas où le clapet est ouvert

Etat passant: Ve > Vs

La diode est bloquée lorsque Ve < Vs

On a alors Id = 0
et Vd <= 0

la tension aux bornes de la diode est negative
C'est le cas où le clapet est fermé

Vous venez de voir le fonctionnement d'une diode idéale, voyons maintenant le fonctionnement d'une diode dans la réalité:
Il y a une tension de seuil qui apparait: 0.7V environ pour une diode au silicium (0.4V pour une diode au germanium). Cette tension de seuil correspond a la pression minimale qu'il faut exercer pour pousser la bille du clapet.

Voici la courbe réelle qui peut toujours se décomposer en deux parties:

La zone où la diode est bloquée, c'est a dire que Vd < 0.7V
Dans cette zone, on peut considerer que le courant Id est nul, mais il ne l'est pas totalement.

La zone où la diode est passante, c'est à dire que Vd > 0.7V
Dans cette zone, Vd reste proche de la tension de seuil (0.7V), mais augmente legèrement avec le courant.

Fonctionnement d'une diode schottky
- Une diode schottky fonctionne exactement de la meme maniere qu'une diode normale. Les differences se situent:
  ~ Au niveau de la tension de seuil, qui n'est plus de 0.7V, mais de 0.3V, à 0.4V
  ~ Au niveau de la rapidité, les diodes schottky sont beaucoup plus rapides (nous en reparlerons plus tard)
Fonctionnement d'une LED
- Cette diode fonctionne de la meme maniere qu'une diode classique. Les differences sont:
  ~ Qu'elle eclaire!
  (remarque: les couleurs des leds sont les suivantes: rouge, vert, jaune, orange, et plus recemment bleu. Les diodes blanches existent depuis peu: elles sont obtenues soit par l'allumage de 3 leds, une rouge, une verte, une bleue; soit par "transformation" du bleu en blanc)
  ~ la tension de seuil se situe entre 1.8V pour une led rouge, 2.1V pour une led verte, à 4.5V pour une led bleue

Fonctionnement d'une diode zener

On constate que:
~ Lorsque Vd > 0, la diode zener se comporte comme une diode normale
~ Par contre, si Vd < 0, la diode zener va redevenir passante à partir d'une certaine tension à ses bornes. Cette tension s'appelle la tension zener; elle est generalement écrite sur le boitier de la diode.

Par analogie avec la mécanique, la diode zener serait équivalente à ceci:

L'eau peut passer dans les deux sens, mais il faudra qu'elle exerce une pression plus forte dans un sens que dans l'autre pour pouvoir passer.

La diode zener a donc deux tensions de seuil différentes suivant sa polarisation: si elle est traversée par un courant allant de l'anode vers la cathode, alors on a Vd=0.7V. Si elle est traversée par un courant allant de la cathode vers l'anode, alors on a Vdz à ses bornes (Vdz est une tension indiquée sur le boitier de la diode) Vdz a generalement une valeur comprise entre 2.4V et 150V.
En fait, pour faire des diodes zener, on utilise la tension de claquage: toutes les diodes claquent si on leur applique une tension Vd trop negative.
Pour les diodes zener, la tension de claquage est maitrisée par les constructeurs, qui sont capables d'obtenir des tensions de claquage très précises.
Notez que pour les diodes zener, le claquage n'est pas destructeur (la diode n'est pas fichue)
Notez egalement que c'est de là que vient l'autre nom de la diode zener: diode à effet de claquage.

Fonctionnement d'un stabistor
- Il est impossible de fabriquer des diodes zener avec une tension de seuil inferieure à 2.4V. Lorsqu'on a besoin de tensions de seuil comprises entre 0.56V et 3V, on utilise des stabistors.
- La grande difference entre les stabistors et les diodes zener est qu'une diode zener se branche en inverse (voir apres), alors qu'un stabistor se branche dans le meme sens qu'une diode normale (voir la partie exercices).
Fonctionnement d'une diode zener programmable
- La diode zener programmable n'a de diode que le nom. En effet, c'est en fait un veritable circuit integré qui contient un transistor, un ampli-op, ...
- Voici le schéma de principe de cette diode:
  
  (voir la partie exercice pour le schéma de branchement)
- Le grand avantage des diodes zener programmables est d'une part la possibilité d'obtenir une tension ajustable, et d'autre part une stabilité bien meilleur que les diodes zener classiques.
- Merci à Roger Blondiau pour ses informations concernant les stabistors et les diodes zener programmables.
Fonctionnement d'une diode tunnel
- Je ne connais pas bien ce type de diode. Mais j'ai pu obtenir quelques informations sur le forum d'Electronique Pratique: http://www.eprat.com
- Ca ne se fait plus, ca avait un boitier doré, et c'etait par exemple utilisé dans les anciens ordinateurs. En effet, elles etaient extrémement rapides.
- Comme on le voit sur la caracteristique ci dessus, la diode se comporte comme une resistance négative dans une certaine zone. Ca permettait par exemple de faire des oscillateurs.
- Merci en tout cas à Patrick, et a lvaure@club-internet.fr pour leurs informations.

Fonctionnement d'une diode varicap
- La diode varicap peut etre utilisée dans les oscillateurs à modulation de fréquence. En effet, sa caractéristique principale est de se comporter comme un condensateur dont la capacité varie avec la tension de polarisation de la diode.
- La diode doit etre polarisée en inverse et c'est la valeur de la tension Cathode-Anode (positive) qui fixe la valeur de la capacité (très faible: qq pico Farads à qq dizaine de pF) entre les bornes de la diode.
- Cela s'explique de la manière suivante: en polarisant la diode en inverse,on augmente la barrière de potentiels ce qui se traduit par une diminution du nombre de porteurs de chaque coté de la jonction. Or ces porteurs, de chaque coté de la jonction, se comportent comme les armatures d'un condensateur, ce qui explique l'existence de la capacité. La valeur d'un condensateur est donnée par la formule: C=Eo.S/E avec C en F, S surface d'une armature, E l'épaisseur du diéléctrique et Eo constante égale à 4Pi10^-7. On remarque donc que la valeur de la capacité est fonction de la géométrie des armatures et on a vu que la taille des armatures était fonction du nombre de porteurs; par conséquent la capacité entre anode et cathode varie en fonction de la polarisation de la diode.

Cas général: fonctionnement d'une diode

Dans ce paragraphe, nous allons voir comment fonctionnent les diodes au silicium.

Le silicium a une structure très stable, c'est un cristal dont la géométrie est la suivante:

Le silicium non dopé et non excité est organisé ainsi car l'atome de silicium a quatre électrons périphériques (il est donc lié à quatre atomes voisins).

La température est à l'origine de l'agitation thermique que l'on appelle excitation. Plus le silicium est excité, plus il a de liaisons qui se brisent; il y a apparition de paires électron-trou: un électron quitte son noyau pour un autre noyau (attention, ces paires électron-trou sont proportionnelles à la température mais elles sont minoritaires par rapport aux atomes de silicium "normalement" liés). Il y a alors dans le cristal de silicium des porteurs capables de véhiculer le courant.
Le dopage consiste à introduire dans le silicium des impuretés qui ont un nombre d'électrons périphériques différent de quatre. Par exemple, le phosphore a cinq électrons périphériques et l'indium en a trois. Les éléments rajoutés sont minoritaires par rapport aux atomes de silicium "normalement" liés.
Dopage de type N: on introduit un élement avec un électron périférique en plus dans le cristal de silicium(ex: phosphore).
Dopage de type P: on introduit un élement avec un électron périférique en moins dans le cristal de silicium(ex: indium).
On a donc le schéma suivant:

On remarque que les électrons de la partie dopée N ont tendance à migrer vers la partie dopée P, en effet cela est du à la structure géométrique du silicium (chaque atome de silicium est normalement lié à quatre autres atomes).Les "trous"(partie P) attirent les électrons eux-mêmes repoussés par la partie N.Mais cette migration des électrons est limitée par la différence de potentiel (DDP) de contact qui apparait avec le déplacement des électrons. On rappelle que le sens de déplacement du courant est l'opposé de celui des électrons, c'est la raison pour laquelle le courant de diffusion va de P vers N. On note aussi la présence d'un courant de conduction, qui est le résultat de l'agitation thermique. Mais il est négligeable devant le courant de diffusion; il correspond au courant de fuite de la diode et on déduit de ce qui a été vu précédemment qu'il dépend de la température.

Conclusion: On peut donc faire circuler un courant à travers la diode de l'anode vers la cathode, il faut pour cela appliquer une DDP supérieure à la barrière de potentiel (0.6V) entre anode et cathode. La barrière de potentiel est matérialisée sur le schéma par les traits magentas (zone de dépression). Donc en polarisant la diode en inverse, on augmente la taille de la zone de dépression (ou barrière de potentiel), proportionnellement à la tension appliquée. Au delà d'une certaine tension inverse, la diode claque.

On a donc la formule: I = Is(e^(qV/kT) - 1) avec q charge de l'électron, k constante de boltzmann, T température absolue, V tension en volts, Is constante et I courant traversant la diode.

Dans la page suivante, nous ellons voir si vous avez bien compris ... et nous allons parler des composants (code couleur, marquage, ...)

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