Diode (1)

La découverte de la diode remonte au début du XX^e siècle, par un physicien anglais du nom de John Ambrose Fleming.

Elle marquait le début de l'ère électronique.

La diode a évolué depuis ce temps si l'on considère qu'à l'origine elle avait la forme d'une lampe sous vide. Cela rendait les systèmes encombrants en raison de l'espace qu'exigeait ce composant.

L'arrivée sur le marché des matériaux semi-conducteurs a fait en sorte que l'on a pu réduire les dimensions des diodes.

Aujourd'hui, la diode fait partie de notre quotidien, que ce soit dans nos chaînes stéréo ou dans nos téléviseurs.

Dans cette étude, vous verrez :

- les divers types de diodes,

- leur construction,

- leur principe de fonctionnement,

- leur rôle en électronique.

La diode parfaite est un composant électronique qui a la propriété de laisser circuler le courant dans un seul sens.

Ainsi, un courant circulant en sens inverse sera bloqué aux bornes de la diode.

Les diodes semi-conductrices sont construites avec deux matériaux :

• soit un de type P pour positif ;
• soit un de type N pour négatif.

La figure suivante montre de façon schématique la structure interne d'une diode.

Structure d'une diode :

Le semi-conducteur de type P possède:

• une charge positive qui est obtenue en ajoutant, au matériau de base [silicium (Si) ou germanium (Ge)],
• un autre élément qui possède un électron de la bande de valence en moins. Cela a pour effet de créer un surplus de protons donc de charges positives. Cet ajout d'aluminium (Al) ou de gallium (Ga) s'appelle le dopage.

Le semi-conducteur de type N subit également un dopage.

Cette fois cependant on utilise un matériau qui possède des électrons en surplus, tel l'arsenic (As).

Il est à noter que, dans les deux cas, le dopage se fait par l'ajout d'une très faible quantité d'aluminium, de gallium ou d'arsenic.

La figure suivante présente les deux types de semi-conducteurs.

Type N et type P :

Sur la figure suivante, on connecte la borne positive d'une pile à l'extrémité N du semi-conducteur et la borne négative à l'extrémité P.

Cette pile crée un champ électrique E qui renforce le champ interne e et crée une différence de potentiel qui empêche la circulation des charges électriques donc :

• Il n'y a pas de circulation d'électrons donc pas de courant.
• La jonction est bloquée.

Fonction bloquée :

Inversement sur la figure suivante, on connecte la borne positive de la pile à l'extrémité P et la borne négative à l'extrémité N, ce qui a pour effet de créer un champ électrique E qui s'oppose et qui est supérieur au champ e , ainsi les charges électriques peuvent circuler dans le semi-conducteur donc:

• la circulation des électrons crée un courant I.
• La jonction est passante.

Fonction passante :

La diode agit donc comme un clapet antiretour.

La figure suivante présente la réaction de la diode en fonction du sens du courant.

Comportement de la diode :

Il existe de nombreux types de diodes qui, chacune, possèdent leurs caractéristiques particulières.

Jusqu'à maintenant, nous avons toujours parlé d'une diode idéale qui posséderait les caractéristiques exposées à la figure ci-dessous.

Caractéristiques de la diode idéale :

Les diodes n'ont pas ces caractéristiques.

Une diode standard doit être polarisée avant de laisser libre passage au courant.

Cette polarisation est atteinte lorsque la tension aux bornes dépasse :

• 0,3 Volts pour la diode au germanium ;
• 0,7 Volts pour celle au silicium.

Ce phénomène s'appelle la tension de seuil. Lorsqu'elle est dépassée, cela a pour effet de faire augmenter rapidement le courant.

En cas de tension inverse, la diode ne laisse passer qu'un faible courant qu'on appelle courant de fuite.

Cependant, si cette tension négative ne cesse d'augmenter, elle atteindra la tension de claquage. A ce point, la diode est endommagée et laisse libre passage au courant.

On retrouve, à la figure suivante, les caractéristiques d'une diode au silicium.

Caractéristique d'une diode au silicium :

Il est à noter que même si le courant qui passe par la diode est direct, il y a quand même risque de destruction si celui-ci devient trop grand.

Cette limite s'appelle le courant direct maximal.

C'est pourquoi il existe différents calibres de diodes, suivant l'intensité du courant qu'elle devra supporter.

La figure suivante présente trois calibres de diodes standards.

Calibre des diodes :

La diode standard possède donc des caractéristiques qui la rendent très utile en électronique.

Il existe toutefois d'autres types de diodes qui ont des caractéristiques particulières.