Les diodes

Une diode est un composant électronique de base semi-conducteur qui se comporte principalement comme un interrupteur à sens unique commandé électriquement. Il est composé d'un semi-conducteur ou de la superposition de deux matériaux et il est connecté à deux extrémités. À l'origine, en 1867, le physicien Karl Ferdinand Braun a été le premier à découvrir que les cristaux de galène, une espèce minérale composée de sulfure de plomb, ne respectaient pas la loi d'Ohm et ne conduisaient pas l'électricité de la même façon dans un sens ou dans l'autre.

Symbole et caractéristiques physiques

Le symbole d'une diode est représenté comme suit :

Dans un principe simple de ne laisser passer le courant que dans un seul sens; quelque soit son type de l'anode vers la cathode, la diode est donc généralement un dipôle polarisé. Le courant ne pourra circuler que de l'anode vers la cathode ; inversement, le courant sera bloqué et ne pourra pas circuler. C'est pourquoi ce composant est représenté par ce symbole :

• Un triangle pour indiquer le sens de passage du courant électrique.
• Une ligne pour indiquer le blocage dans le sens contraire du courant électrique.

L'image ci-dessous détaille cette différence :

Cette caractéristique de faire circuler le courant électrique que dans un seul sens est le résultat d'une jonction PN. Comme indiqué auparavant, une diode est un semi-conducteur. Il est donc composé d'une jonction de type PN, qui correspond à la jonction entre :

• un semi-conducteur de type N
• un semi-conducteur de type P

Ces deux semi-conducteurs proviennent d'un même cristal ou matière. Le schéma ci-dessous explique cette différence de jonctions PN :

Particularité de fonctionnement

La diode dispose de deux états de fonctionnement :

État passant	État bloqué
Le courant peut circuler librement de l'anode vers la cathode	Le courant est bloqué dans le sens de la cathode vers l'anode

Les différents types de la diode

Ayant un périmètre d'application très large, dans l'industrie aujourd'hui, nous retrouvons différents types de diodes telle que :

• la diode de redressement : appelée aussi diode à jonction. Ce type de diode ne présente pas de réponse rapide, mais supporte de grandes tensions et des polarités inversées importantes. On utilise ces dernières dans les convertisseurs de courant alternatif/continu basés sur un pont de Graetz.
• la diodes Zener : une diode dont le principe consiste à fournir une tension fixe entre l'anode et la cathode lorsqu'elle est excitée par une polarité inversée. Ce composant est généralement utilisé dans les régulateurs de tension.
• la diode LED : est un composant qui a la particularité d'émettre de la lumière, outre le fait qu'il s'agisse d'une diode. Sur le marché, on trouve aujourd'hui des diodes LED de toutes les couleurs. L'abréviation LED de l'expression anglaise « Light-Emitting Diode » (ou DEL en français pour « Diode ElectroLuminescente ») explique leur nom. Il existe aussi d'autres configurations de LED telles que :
  • LED bicolores : qui ne sont que deux LED de couleurs différentes installées dans un même boîtier. 
  • LED RGB : il s'agit de trois LED regroupées dans un même boîtier qui permettent de mélanger les trois couleurs (rouge, vert et bleu) pour composer la couleur souhaitée.
  • LED blanche : elles ont envahi le domaine de l'éclairage domestique et public aujourd'hui en raison de leur faible consommation d'énergie; Ces diodes blanches sont généralement des diodes LED bleues couvertes d'une matière fluorescente qui transforme une partie de son spectre en couleur rouge et couleur jaune. 
  • Afficheur à segments : le plus connu est l'afficheur à 7 segments dont son application est l'affichage des chiffres de 0 à 9. Ce composant contenant 7 diodes LED contient généralement une 8^ème LED sous forme de point pour le séparateur de décimale. Il existe également d'autre forme telles que le Bar à Graph, l'afficheur matriciel, ...
• la diode de Schottky : appelée également diode à porteuse chaude ou diode à barrière de surface. Elle est utilisée dans les circuits d'alimentations à découpage et se distingue par la baisse de tension directe minime et par sa commutation extrêmement rapide.
• la diode à Signal : ce composant permet de traiter des signaux analogiques. Son utilisation est très répandue dans différents domaines d'application d'aujourd'hui. Son principal atout est son temps de réponse très rapide, mais elle ne supporte que de faibles courants.
• la diode Varicap : abréviation de son nom complet en anglais variable capacity, appelée également varactor, de l'abréviation variable reactor et même encore diode à capacité variable est une diode dont le comportement particulier prend la forme d'un condensateur à capacité variable en fonction de la tension négative appliquée à ses bornes.
• la photodiode : tout simplement est une diode dont la capacité de transformer une longueur d'onde dans le spectre de la lumière, y compris les infrarouges reçus, en courant électrique.
• la diode laser : c'est une diode électroluminescente qui émet une lumière à une longueur d'onde spécifique. son principe de fonctionnement est basé sur le principe de l'émission stimulée.

Caractéristique d’une diode réelle

Idéalement, une diode idéale qui tend vers 0Ω pour toute tension positive et une résistance qui tend vers l'infini pour toute tension négative. Cela donne une tension nulle pour le cas positif, puisqu'elle est passante (c'est-à-dire l'équivalent d'un interrupteur fermé), et un courant nul puisqu'elle est bloquée (c'est-à-dire l'équivalent d'un interrupteur ouvert). La courbe ci-dessous détaille la courbe de réponse d'une diode ainsi que les différentes zones de fonctionnement :

avec:

• Vr : c'est la valeur minimale de la tension à partir de laquelle la diode perd sa caractéristique de diode bloquée. Vr est l'abréviation du terme "breakdown voltage" en anglais. Pour une diode classique telle que la diode de redressement, la diode grille si une tension inférieure à cette valeur est appliquée à ses bornes. En revanche, la diode zener est conçue pour fonctionner à sa tension de claquage.
• VF : C'est la tension à partir de laquelle la diode devient passante, VF est l'abréviation du terme "Forward Voltage" en anglais.

Ces valeurs dépendent en général de la nature du semi-conducteur de la diode. Par exemple, la valeur VF est égale à 0.7V pour le Silicium alors qu'elle est égale à 0.3V pour le Germanium.

Exemple d'application : le redressement à double alternance avec un pont à quatre diodes

Le pont de Graëtz est l'une des applications directes et simples de la diode à jonction. Ce montage permet de convertir un signal sinusoïdal (généralement, ce système est utilisé pour convertir le courant alternatif de notre secteur) en un courant monophasé positif ou négatif à double alternance.

Uin : Signal simusoïdale	Uout : Signal monophasé double alternances

Pour compléter le redressement de ce courant sinusoïdal, un condensateur monté à la sortie de ce pont de Graëtz est nécessaire pour obtenir un courant continu.