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1 3 La diode est le semi-conducteur le plus "simple" La diode est généralement

1 3 La diode est le semi-conducteur le plus "simple" La diode est généralement le premier composant semi-conducteur présenté dans tous les cours d'électronique. Ceci vient du fait que parmi les différents composants semi-conducteurs, la diode possède la structure interne la plus simple. Comme nous le verrons, le comportement externe d'une diode n'est par contre pas trivial à appréhender. En particulier, résoudre un circuit à diodes est une opération délicate. 4 Les diodes sont surtout utilisées pour redresser une tension… La première fonction de base d'une diode, c'est de redresser une grandeur électrique (tension ou courant), c'est-à-dire de convertir une grandeur alternative (=successivement positive et négative) en une grandeur exclusivement positive. Cette fonction est notamment essentielle dans les alimentations électriques. Or tout dispositif électronique a besoin d'être alimenté pour fonctionner… Le redressement est également utilisé pour démoduler des signaux, par exemple pour la radio en modulation d'amplitude (gamme AM). Ce cas sera expliqué plus loin dans ce chapitre. 5 …ou pour limiter une tension La deuxième fonction de base que peut remplir une diode, c'est de limiter la tension sur d'autres composants, ce qu'on appelle "écrêtage". Cette limitation de tension peut par exemple servir à protéger ces autres composants de surtensions éventuelles ou encore à maintenir une tension constante à leurs bornes (régulation de tension). 6 Les diodes sont également très présentes sous forme de LEDs Une toute autre application des diodes, c'est celle de témoin lumineux. Certaines diodes (appelées "LEDs" pour Light Emitting Diode = diode émettrice de lumière ou encore "diode électroluminescente") émettent en effet de la lumière lorsqu'elles sont traversées par un courant. De très nombreux témoins lumineux autour de nous sont en fait des LEDs, donc des diodes (mais n'en concluez pas que tout ce qui s'allume est une LED!). 7 Il existe plusieurs types de diodes. La diode la plus classique est la "diode à jonction PN", qui sera l'objet des sections 5.2 à 5.6. Dans un premier temps (sections 5.2 à 5.5), nous envisagerons une diode à jonction PN idéalisée. Quelques propriétés supplémentaires des diodes réelles seront présentées à la section 5.6 Enfin nous verrons d'autres types de diodes à la section 5.7. 8 La première chose à retenir est que… La diode est un composant à deux bornes ("di-ode" ne signifie d'ailleurs rien d'autre que "composant à deux bornes".) Le symbole de la diode est celui montré ci-dessus: • la borne qui se trouve du côté du "triangle" est appelée anode. Elle est généralement désignée par la lettre "A" • la borne qui se trouve du côté de la "barre" est appelée cathode. Elle est généralement désignée par la lettre "K" Au contraire des résistances, les diodes possèdent donc un sens (les deux côtés ne sont pas interchangeables!). Sur les diodes réelles est imprimé un anneau (à droite sur la photo ci-dessus) qui correspond à la "barre" du symbole, donc à la cathode. N.B.: De manière générale en électricité ou en électronique… • Le terme "cathode" désigne une borne qui "émet" des électrons • Le terme "anode" désigne une borne qui "capte" des électrons C'est bien le cas de la diode: comme expliqué dans la dia suivante, dans une diode le courant va toujours de l'anode vers la cathode (or les électrons vont dans le sens inverse du courant conventionnel). 9 Décrivons maintenant les principales propriétés de la diode idéale: 1) La diode n'admet de courant que dans le sens A->K Le courant ne peut traverser une diode que de l'anode vers la cathode (*), c'est-à-dire dans le sens indiqué par le symbole de la diode lui-même. Lorsqu'on définit un courant dans une diode, il est donc logique d'orienter la flèche correspondante de A vers K (car alors ce courant est positif). 2) La diode est un composant passif C'est-à-dire que la diode peut uniquement consommer de l'énergie. Puisque la diode est un dipôle passif, il est donc logique d'orienter la flèche de tension (ddp) dans le sens opposé à celui de la flèche de courant, c'est-à-dire de K vers A (VAK=VA-VK) (*) Cette affirmation n'est vraie que pour une diode idéalisée. La réalité est un peu plus complexe comme nous le verrons dans le chapitre sur les diodes réelles. 10 Troisième propriété, qui résume à elle seule ce qu'est une diode: la diode possède deux états. Plus exactement, une diode idéale est à tout instant dans un des deux états suivants (mutuellement exclusifs): • soit elle est "passante", c'est-à-dire qu'elle laisse passer le courant (uniquement de A vers K) • soit elle est "bloquante" (ou "coupée"), c'est-à-dire qu'elle ne laisse pas passer de courant La diode possède donc un comportement en "tout ou rien" (raison pour laquelle nous avons utilisé ci-dessus le symbole d'une ampoule allumée ou éteinte). 11 Précisons encore davantage le comportement de la diode en examinant sa caractéristique. Celle- ci se trace dans le plan (I,V), I étant le courant traversant la diode et V la ddp sur cette diode. Dans ce plan, la caractéristique d'une diode idéale est "en angle droit": Chaque côté de l'angle correspond en fait à un des deux états de la diode: • La partie horizontale de la caractéristique représente l'état bloquant de la diode (en effet: le courant y est nul) • La partie verticale de la caractéristique représente l'état passant de la diode (en effet: le courant y est positif) La valeur VTH est appelée tension de seuil de la diode. Dans la plupart des cas (en tous cas pour les diodes PN), on peut considérer qu'elle vaut 0,6V. Cette valeur représente la ddp à laquelle la diode passe de l'état passant à l'état bloquant ou inversement (TH signifiant "threshold" = "seuil"). 12 Analysons la caractéristique un peu plus en détail… Lorsque la diode est passante… la caractéristique nous apprend que: 1) Le courant est positif (ça nous le savions déjà) 2) la ddp sur la diode vaut VTH (=0,6V) Nous pouvons résumer ces conditions sous forme de deux relations mathématiques (une égalité et une inégalité: voir encadré en haut à droite) qui, ensemble, sont équivalentes à la demi-droite verticale de la caractéristique. Cette paire de relations représente donc en quelque sorte "l'équation" de la diode lorsqu'elle est passante. Pour rappel: les valeurs exactes de I et de V vues par la diode à un instant donné seront fixées par le circuit extérieur. 13 Pour une meilleure compréhension (et aussi parce que cela nous sera utile au moment de résoudre des circuits contenant des diodes), il est intéressant d'essayer de "raccrocher" le comportement de la diode à quelque chose de déjà connu. On se rend compte qu'une diode passante peut être assimilée à une source de tension idéale de valeur VTH. En d'autres termes, la diode, lorsqu'elle est passante, se comporte électriquement (vu de l'extérieur) comme une telle source de tension. En effet: 1) La caractéristique d'une source de tension idéale de valeur E est une droite verticale située à l'abscisse E 2) Une telle source impose la ddp à ses bornes, mais pas le courant, tout comme le fait la diode lorsqu'elle est passante. La seule différence entre la diode et la source de tension est le fait que le courant dans la source de tension peut être négatif (la caractéristique s'étend dans le demi-plan inférieur). Lorsque nous rencontrerons une diode passante dans un schéma, nous pourrons donc la remplacer par une source de tension de 0,6V ! On peut même aller plus loin (à droite): Si toutes les tensions présentes dans le circuit sont nettement supérieures à 0,6V, on peut faire l'approximation que VTH vaut 0V. Dans ce cas, la diode peut être assimilée à une source de tension de valeur nulle, c'est-à-dire… à un court-circuit. Rappelons qu'un court-circuit impose une tension nulle à ses bornes sans imposer de condition sur le courant: la caractéristique d'un court- circuit est une droite confondue avec l'axe vertical des courants. Lorsque nous rencontrerons une diode passante dans un schéma et que l'on peut faire l'approximation que VTH est nulle, nous pourrons donc remplacer cette diode par un court-circuit! 14 Voyons maintenant la seconde partie de la caractéristique. Lorsque la diode est bloquante… la caractéristique nous apprend que: 1) Le courant est nul (ça nous le savions déjà) 2) la ddp sur la diode est inférieure à VTH (=0,6V) Nous pouvons résumer ces conditions sous forme de deux relations mathématiques (une égalité et une inégalité: voir encadré en haut à gauche) qui, ensemble, sont équivalentes à la demi- droite horizontale de la caractéristique. Cette paire de relations représente donc en quelque sorte "l'équation" de la diode lorsqu'elle est bloquante. 15 Une diode bloquante peut être assimilée à un circuit ouvert. En d'autres termes, la diode, lorsqu'elle est bloquante, se comporte électriquement (vu de l'extérieur) comme un circuit ouvert. En effet: 1) La caractéristique d'un circuit ouvert est une droite horizontale qui se confond avec l'axe des tensions 2) Une telle source impose un courant nul, mais pas la ddp à ses bornes, tout comme le fait la diode lorsqu'elle est bloquante. La seule différence uploads/s3/ chap-les-diodes.pdf