Denis Rabasté IUFM Aix Marseille 1/1
Diodes
On rencontrera les diodes, seules ou groupées par 2 ou 4, dans divers boîtiers, dont la taille varie avec la puissance qu’elles pourront commuter ;
1. Principe général
La diode est un dipôle dont la propriété principale est de ne laisser passer le courant que dans un sens, de l'anode (A) vers la cathode (B)
A K
V ID
D
symbole de la diode
Sa caractéristique idéalisée i=f(u) est identique à celle d'une résistance nulle pour les courants positifs (circuit fermé) et celle d'une résistance infinie pour les tensions négatives (circuit ouvert).
0 i
v circuit
ferm é
circuit ouvert
caractéristique idéale
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En pratique les diodes sont réalisées avec un monocristal de semi-conducteur (silicium en général) dont une région est dopée positivement (anode) et l'autre négativement (cathode). La caractéristique réelle présente en fait une faible tension de seuil dans le sens passant (0,6 V pour une diode de signal classique) et un très faible courant de fuite dans le sens bloqué (quelques nA).
i
v 0 Vs
caractéristique réelle
Analogie
Si on prend une analogie avec l’hydraulique, la diode peut être vue comme un clapet :
- si l’eau circule dans le bon sens, le clapet s’ouvre (le courant circule) et il n’y a pratiquement pas de différence de pression entre l’entrée et la sortie du clapet (faible tension de seuil aux bornes de la diode) ;
- si l’eau tente de circuler en sens inverse, le clapet se ferme interrompant le circuit (pas de courant) et toute la pression se retrouve entre l’entrée et la sorite du clapet (tension inverse aux bornes de la diode).
La construction d’une diode exige un certain nombre de compromis, entre rapidité de commutation et pouvoir de coupure (aptitude à laisser passer un fort courant et bloquer une tension importante). On peut classer les diodes suivant leur utilisation en trois grandes catégories :
1.1. Diodes de signal
Ce sont des diodes rapides, destinées aux applications faibles puissances ; exemple de référence : 1N 4148.
1.2. Diodes de redressement
Ce sont des diodes lentes à pouvoir de coupure important, destinées au redressement des tensions et courants de la fréquence du réseau EDF (50 Hz). Les références classiques sont les 1N 4001 à 1N 4007. C’est ce type de diodes que l’on trouve dans les ponts de Graëtz sous forme intégrée.
1.3. Diodes rapides de puissance
Rapidité et pouvoir de coupure sont ici optimisé, au détriment du prix ; ces diodes sont destinées au redressement dans les alimentations à découpages où on travaille à des fréquences allant de 20 kHz à 1 MHz ou plus.
2. Diodes spéciales
Par construction on va favoriser certaines propriétés (initialement parasites sur les diodes classiques) et obtenir des diodes différentes.
2.1. Optodiodes
Ces diodes sont des récepteurs ou des émetteurs de rayonnement lumineux.
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2.1.1. Diodes Electroluminescente (Light Emitting Diodes : LED)
Utilisées pour la signalisation, elles émettent de la lumière lorsqu’elles sont polarisées en direct par un courant généralement de l'ordre de 10 mA et présentent une tension de seuil de 1,5 V (variable suivant le type de diodes). Elles ne supportent pas de tensions inverses. On les trouve en boîtiers de 3 ou 5 mm en couleur rouge, jaune, verte ou blanche. Elles servent également à la réalisation d'afficheurs 7 segments.
2.1.2. Diodes émettrices infrarouge
Le comportement est le même que les précédentes, mais l'émission est dans l'infrarouge. Elles sont utilisées pour transmettre des informations numériques à distance sans liaison électrique (télécommande par exemple).
2.1.3. Photodiodes
Polarisées en inverse, elles laissent passer un courant plus ou moins important suivant le rayonnement lumineux qu'elles reçoivent. Ces diodes sont utilisées comme capteur de lumière visible ou infrarouge (il existe aussi des photo-résistances et des photo-transistors).
Dans les opto-coupleurs (ou photo-coupleur), on trouve intégré dans le même boîtier une diode émettrice et une réceptrice (ou un phototransistor).
Ces circuits intégrés servent alors à la transmission d'une information numérique avec isolation galvanique (pas de contact électrique), pour séparer par exemple la partie commande de la partie puissance d'une carte.
Sur certains opto-coupleurs le rayon lumineux sort du boîtier et peut être interrompu par un élément extérieur, les dents d'une roue dentée par exemple ; on peut alors compter le nombre de tour ou mesurer la vitesse de rotation. D'autres opto-coupleurs utilisent le principe de la réflexion du rayon sur une pièce (comptage d'objet).
2.1.4. Diodes laser
Le rayonnement émis est monochromatique (une seule longueur d'onde) et cohérent (rayons en phase). Malgré une faible énergie à l'émission on obtient alors une lumière très dense. Les principales applications sont la détection (lecture d'information sur un disque numérique) et les télécommunications (diodes émettrices pour fibres optiques)
2.2. Diode zener
Sa caractéristique en direct est la même qu'une diode classique, mais est identique à celle d'un générateur de tension en inverse.
symboles de la diode zener
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v
0 V
s Vz
caractéristique d'une diode zener
Ces diodes sont utilisées pour la réalisation d'une référence de tension fixe. On les polarise alors en inverse par une résistance. Elles ne conviennent pas lorsque l'on souhaite soutirer un courant important de cette source de tension.
ten sion d'entrée non stab ilisée
VZ
polarisation d'une diode zener
2.3. Diode varicap
Une diode polarisée en inverse se comporte comme un condensateur dont la capacité varie en fonction de la tension. En utilisant ce principe, on peut réaliser un condensateur commandé en tension, et ainsi contrôler la fréquence d'un oscillateur. Les applications principales sont la modulation en fréquence d'un signal et la synthèse de fréquence.
