Diode

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Une diode est un composant avec 2 fils qu'on peut trouver dans un circuit électrique ou un circuit électronique. Sa particularité est de ne laisser passer le courant que dans un seul sens.

Schéma et fonctionnement[modifier | modifier le wikicode]

Image du symbole électronique d'une diode
Symbole électronique d'une diode

Dans un schéma électrique ou électronique, une diode est représentée par un triangle isocèle, souvent équilatéral qui symbolise une flèche et par un trait au sommet de ce triangle. L'un des fils de la diode arrive au milieu de la base du triangle alors que l'autre fil arrive sur son sommet, au milieu du trait qui est perpendiculaire à ce fil.

lorsque la flèche du schéma de la diode est orientée du pôle + vers le pôle - de la source d'électricité, le courant passe. On dit que la diode est passante. Au contraire, si la flèche est orientée du pôle - vers le pôle + de la source d'électricité, le courant ne passe pas. On dit que la diode est bloquante.

On trouve des diodes dans la plupart des appareils électroniques. Elle peuvent servir de sécurité contre une alimentation électrique branchée à l'envers qui détruirait les transistors du circuit électronique et éventuellement aussi ses condensateurs chimiques. Toutefois lorsque le circuit est alimenté par des piles, on utilise plutôt un bout de plastique pour empêcher le pôle - de la pile de faire contact du mauvais coté.

Les diodes servent beaucoup en électronique numérique où elles permettent de de réaliser facilement des fonctions logiques comme ET et OU.

Elles permettent aussi de "redresser" du courant alternatif pour le transformer en courant continu.

Enfin, il existe des diodes spéciales qui ne sont pas utilisées parce qu'elles laissent passer le courant que dans un seul sens, mais pour d'autres propriétés qu'elles possèdent.

Tension de seuil et courant de fuite des diodes[modifier | modifier le wikicode]

Une diode n'est pas un composant électronique parfait qui se comporterait comme un fil dans le sens passant et comme un isolant parfait dans le sens bloquant.

Tension de seuil[modifier | modifier le wikicode]

Symbole de la diode Schottky.

Dans le sens passant, une diode ne se met à laisser passer le courant qu'au delà d'une certaine tension à ses bornes. Les diodes les plus couramment utilisées sont des diodes au silicium qui ne laissent passer le courant qu'à partir d'une tension de 0,7 V, ce qui signifie qu'il qu'il y aura 0,7 V entre les deux fils de la diode, tension qui sera perdue pour le reste du circuit.

S'il est important de limiter les pertes de tension dans le sens passant (par exemple pour une pendule radiopilotée qui fonctionne avec une pile de 1,5 V, on peut utiliser des diodes au germanium dont la tension de seuil est entre 0,2 V et 0,3 V.

Enfin, lorsqu'une tension de seuil très faible (de l'ordre du dixième de volt) est nécessaire, les diodes Schottky qui sont construites différemment des diodes au silicium ou au germanium sont utilisées.

Courant de fuite[modifier | modifier le wikicode]

Dans le sens bloquant, une diode laisse passer un petit peu de courant. C'est le courant de fuite. Ce courant est extrêmement faible dans le cas des diodes au silicium qui dans le sens bloquant se comportent comme une résistance de l'ordre du milliard d'ohm. Dans la pratique, le courant de fuite d'une diode au silicium est tellement faible qu'il est difficilement mesurable.

Pour une diode au germanium, le courant de fuite est nettement plus élevé, de l'ordre de 1000 fois celui d'une diode au silicium. Dans le sens bloquant, la diode au germanium se comporte comme une résistance de quelques centaines de kΩ. Dans la pratique, ce courant de fuite reste suffisamment faible pour ne pas être gênant la plupart du temps.

Une diode Schottky a un courant de fuite encore plus important et ne peut pas être utilisée au delà d'une tension de 40 V à 50 V dans le sens bloquant.

En résumé, plus une diode a une tension de seuil élevé dans le sens passant, plus son courant de fuite est faible dans le sens bloquant.

Quelque schémas utilisant des diodes[modifier | modifier le wikicode]

Pont de diodes[modifier | modifier le wikicode]

Une représentation possible d'un pont de diodes. À gauche le courant qui rentre peut circuler dans n'importe quel sens, à droite, celui qui ressort va toujours dans le même sens (+ en haut).
Les variations de tension d'un courant alternatif avant et après redressement par un pont de diodes.
Une représentation plus fréquente d'un pont de diodes avec le passage du courant.

Beaucoup d'appareils électroniques sont branchés sur des prises de courant qui fournissent un courant alternatif de 100 V à 240 V selon les pays. Mais pour fonctionner, ils ont besoin d'un courant continu d'une tension comprise entre 5 V à 24 V la plupart du temps.

Un transformateur électrique sert à abaisser la tension récupérée sur la prise de courant. Mais en sortie du transformateur, on a toujours un courant alternatif qui circule tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre.

Toutefois, un montage de quatre diodes qu'on appelle pont de diodes ou pont de Graetz permet de faire passer le courant obtenu toujours dans le même sens.

Ensuite, un condensateur de grande capacité branché entre les 2 bornes de la sortie du pont de diodes suivi éventuellement d'un régulateur de tension permettra d'obtenir le courant continu souhaité.

Portes ET et OU dans les circuits logiques[modifier | modifier le wikicode]

Un OU logique. Sur la sortie S, on récupère (presque) la tension la plus élevée entre E1, E2 et E3.
Un ET logique. Sur la sortie S, on récupère (à peu près) la tension la plus basse entre E1, E2 et E3.

Les diodes peuvent être utilisées aussi en électronique numérique pour réaliser des fonctions logiques.

Dans le schéma du coté gauche, si on envoie des tensions électriques positives sur les entrées E1, E2 et E3, on va récupérer sur la sortie S une tension qui presque égale à la tension la plus élevée entre E1, E2 et E3. Plus précisément, c'est la tension la plus élevée entre les 3 entrées moins la tension de seuil de la diode traversée.

Dans un circuit numérique si sur les entrées de ce schéma on envoie

  • soit des tensions proches de 5 V qui signifient OUI/VRAI
  • soit des tensions proches de 0 V qui signifient NON/FAUX

on récupère sur la sortie S une tension proche de 4,3 V (5 v - la tension de seuil) qu'on interprète comme OUI/VRAI si au moins une des entrées est à 5 V (OUI/VRAI), alors qu'on récupère 0 V qui signifie NON/FAUX si toutes les entrées sont à 0 V (NON/FAUX).

Dans le schéma du coté droit, si on envoie des tensions électriques inférieures ou égales 5 V à sur les entrées E1, E2 et E3, on va récupérer sur la sortie S une tension qui est légèrement supérieure à la tension la plus basse entre E1, E2 et E3. Plus précisément, c'est la tension la plus basse entre les 3 entrées plus la tension de seuil de la diode traversée.

Dans un circuit numérique si sur les entrées de ce schéma on envoie

  • soit des tensions proches de 5 V qui signifient OUI/VRAI
  • soit des tensions proches de 0 V qui signifient NON/FAUX

on récupère sur la sortie S une tension proche de 5 V qu'on interprète comme OUI/VRAI si les 3 entrées sont toutes à (5 V (OUI/VRAI). Par contre, si au moins une des entrées E1, E2 et E3 est à 0 V (NON/FAUX), on récupère sur la sortie S une tension proche de la tension de seuil des diodes (environ 0,7 V) qu'on interprète aussi comme NON/FAUX.

Les diodes spéciales et leur utilisation[modifier | modifier le wikicode]

Diodes Zener[modifier | modifier le wikicode]

Symbole d'une diode Zener.
Diode zener.png
Régulation de tension par une diode Zener.

Toutes les diodes soumises à une tension suffisamment élevée dans le sens bloquant finissent par conduire l'électricité. Il ne s'agit pas juste du petit courant de fuite mentionné plus haut mais d'un vrai passage de la diode de l'état isolant à l'état conducteur lorsque la tension aux bornes de la diode devient suffisante.

Dans le cas des diodes classiques, si une diode Schottky se met à conduire à partir d'une tension inverse de 40 V à 50 V maximum, les diodes au germanium supportent une tension inverse de quelques centaines de volts, tout comme les diodes au silicium dont certains modèles peuvent largement dépasser les 1 000 V de tension inverse avant de se mettre à conduire.

La tension à laquelle une diode se met à conduire dans le sens bloquant est appelée tension de claquage. Et effectivement, s'il n'y a pas en série avec la diode une résistance d'une valeur suffisante pour limiter l'intensité du courant électrique au moment où la diode se mettra à conduire, la diode sera détruite en une fraction de seconde.

Dans le cas des diodes Zener, on s'arrange pour fabriquer des diodes dont la tension de claquage est beaucoup plus faible. Sur la plupart des diodes Zener, elle va de quelques volts (à partir de 1,5 V) à quelques dizaines de volts. Cette tension de claquage est fixée de manière précise.

En reliant à une source de tension en série une résistance et une diode Zener montée dans le sens bloquant, on obtient une tension très stable aux bornes de la diode Zener. Ce type de diode peut donc être utilisé comme régulateur de tension. Toutefois, à cause de la présence de la résistance, l'intensité du courant disponible est limitée. Il faudra rajouter un transistor si on veut construire un régulateur de tension capable d'alimenter un appareil qui nécessite plusieurs centaines de milliampères ou plusieurs ampères d'électricité.

Diodes électroluminescentes[modifier | modifier le wikicode]

Symbole d'une diode électroluminescente.
Des diode électroluminescente pour appareil électronique.

Du fait de sa tension de seuil dans le sens passant, une diode consomme de l'énergie. Cette énergie est restituée sous la forme d'un rayonnement électromagnétique.

La plupart du temps, (par exemple avec une diode au silicium), ce rayonnement est dissipé sous forme de chaleur (rayonnement dans le proche infrarouge) et n'est pas récupéré.

Cependant, il y a 2 possibilités intéressantes :

  • En fonction de la tension de seuil de la diode, la fréquence du rayonnement produit (et donc aussi sa longueur d'onde) change.
  • On peut construire une diode de manière à récupérer et envoyer quelque part le rayonnement électromagnétique produit.

Les diodes électroluminescentes (ou DEL ou LED) sont des diodes qui utilisent ces 2 possibilités.

On modifie la tension de seuil d'une diode en changeant le matériau semi-conducteur qui la constitue. Il existe une relation simple entre la longueur d'onde λ exprimée en nanomètre 1 nm = 1×10-9 m du rayonnement émit et la tension de seuil de la diode en volt :

Voici un tableau qui indique les tensions de seuil nécessaires pour qu'une LED produise une certaine couleur

Longueur d'onde (nm) Tension de seuil (V) Couleur de la lumière
> 780 < 1,59 Infrarouge
620 2 Rouge
590 2,10 Orange
570 2,18 Jaune
540 2,30 Vert
480 2,58 Bleu-vert
450 2,76 Bleu
410 3,02 Violet
< 380 > 3,26 Ultraviolet

Il existe aussi des boitiers composés de 3 LED (une rouge, une verte et une bleue) et de 4 fils. En dosant l'intensité du courant qui passe dans chacune des LEDs colorées, on peut choisir la couleur qu'on obtiendra.

Toutefois, pour produire de la lumière blanche avec une LED, on utilise souvent une LED Bleue revêtue d'une couche fluorescente qui transformera une partie de la lumière bleue en d'autres couleurs.

Photodiodes[modifier | modifier le wikicode]

Quelques photodiodes.
Symbole d'une photodiode.

Une photodiode fonctionne selon le principe inverse d'une diode électroluminescente. Si elle reçoit un rayon lumineux d'une longueur d'onde suffisamment courte, la photodiode produit un courant électrique qui pourra être utilisé.

Par rapport à une photorésistance, la photodiode réagit beaucoup plus vite aux variations d'éclairement qui peut provenir d'une LED et servir pour transmettre des informations (par exemple dans une télécommande).

Une variante des photodiodes est le phototransistor. Comme la photorésistance, il conduit plus ou moins l'électricité en fonction de la quantité de lumière reçu, mais il possède la rapidité de réaction des photodiodes tout en étant capable de réagir à de très faibles éclairements.

Diodes Varicap[modifier | modifier le wikicode]

Symbole d'une diode Varicap.

Une diode varicap utilise une autre caractéristique des diodes qui est de ne pas réagir instantanément à une variation d'un signal électrique.

On l'a vu, dans le sens bloquant, une diode ne laisse pas passer l'électricité, ou très très peu. Mais ce n'est pas tout à fait vrai. Au moment précis où cette tension varie, la diode laisse passer la variation.

En résumé, une diode alimentée par un courant continu dans le sens bloquant se comporte aussi comme un condensateur de faible capacité. Et, encore plus intéressant, si on modifie la tension aux bornes de la diode, la capacité du condensateur qu'elle remplace varie avec cette tension.

Lorsqu'on utilise une diode varicap, il y a 2 tensions électriques si se superposent aux bornes de la diode :

  • une tension continue qui sert à fixer la capacité du condensateur de la diode varicap,
  • une tension alternative que ce condensateur laissera passer plus ou moins.

Alors qu'au siècle dernier, un bouton rotatif sur un récepteur radio permettait de sélectionner une station radio particulière en faisant tourner certaines armatures d'un condensateur variable, l'emploi d'une diode varicap permet de sélectionner une station radio parmi toutes celles qui auront été mémorisées au préalable. Et pour mémoriser une station, il suffit d'enregistrer dans un circuit électronique (mémoire) la tension continue qu'on devra appliquer à la diode varicap pour recevoir la bonne fréquence radio.

Cette possibilité s'applique aussi aux récepteurs de télévision ou aux téléphones portables lorsqu'ils doivent choisir un canal de communication parmi les fréquences radio disponibles.

Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]

Autres articles[modifier | modifier le wikicode]

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