Les diodes sont l'un des dispositifs semi-conducteurs les plus couramment utilisés dans les équipements électroniques aujourd'hui.
Ils sont aussi l'un des plus mal compris.
Après tout, les diodes sont souvent appelées "portes unidirectionnelles" ou "portes volantes" lorsqu'il est question de leur fonctionnement.
Lorsqu'une diode est coupée de la tension extérieure, les électrons qu'elle contient sont piégés à l'intérieur et ne peuvent plus s'échapper.
En tant que tel, cela emprisonne le courant circulant dans cette partie particulière du circuit à l'intérieur sans issue sauf par la borne opposée ou le chemin de retour (d'où le nom contournant le nom).
Cependant, lorsque les diodes sont mentionnées en conjonction avec l'électronique, elles peuvent prêter à confusion.
En effet, beaucoup de gens les considèrent comme des appareils linéaires, alors qu'en fait ils possèdent un comportement non linéaire qui les rend beaucoup plus polyvalents qu'un simple interrupteur marche/arrêt.
Tout comme la façon dont un instrument de musique a de multiples utilisations au-delà de la lecture de notes, une diode sert à de nombreuses fins au-delà de la simple activation et désactivation du courant électrique.
Jetons un coup d'œil au fonctionnement des diodes afin de comprendre comment elles peuvent être utilisées et quelles propriétés uniques elles possèdent qui en font des pièces de circuit électronique si utiles.
Qu'est-ce qu'une diode ?
Les diodes sont des shunts électriques unidirectionnels.
Une diode est un interrupteur bidirectionnel à commande électronique qui permet au courant de circuler dans une seule direction sous certaines conditions.
Lorsque le courant circule dans une seule direction à travers une diode, ses deux "doigts" semi-conducteurs sont connectés ensemble.
Lorsque le courant circule dans l'autre sens, les deux doigts sont isolés l'un de l'autre et aucun courant ne circule.
Les diodes sont fabriquées à partir de deux matériaux semi-conducteurs qui sont généralement disposés en "sandwich" pour empêcher les électrons de circuler dans les deux sens.
Une petite quantité de courant dans certaines conditions peut dissiper son excès d'énergie sous forme de chaleur, permettant aux électrons de traverser la diode dans une direction, même si la tension aux bornes de la diode est bien supérieure à la tension appliquée de l'autre côté.
Étant donné que la région active de la diode ne permet aux électrons de circuler que dans une seule direction tandis que la région externe les empêche de refluer, elle est décrite comme un shunt électrique unidirectionnel.
Les diodes ont des bornes positives et négatives
Les deux extrémités d'une diode sont étiquetées avec + et - pour indiquer qu'elle n'a pas de polarité interne.
Lorsqu'une tension est appliquée aux extrémités d'une diode, cela s'appelle un test de court-circuit ou «négatif».
Les diodes ne sont pas polarisées comme le câblage électrique polarisé normal - les extrémités sont utilisées uniquement pour les tests et le milieu de la diode est neutre ("pas de polarité") et est connecté aux éléments du circuit.
En électronique, la borne positive d'une diode est généralement l'anode et la borne négative est la cathode.
Cependant, la convention n'est pas gravée dans le marbre.
Dans certains circuits, la borne négative est la cathode et la borne positive est l'anode.
Par exemple, dans un Circuit DEL, la borne négative est la cathode, mais dans un circuit de batterie, la borne négative est l'anode.
Il existe plusieurs types de diodes
Il existe de nombreux types de diodes disponibles pour une utilisation en électronique.
La plupart des diodes sont de type semi-conducteur, mais il existe également des redresseurs, des photodiodes et des transistors qui fonctionnent comme des diodes.
La sélection du bon type de diode pour un circuit particulier est importante pour obtenir les résultats souhaités.
Certains types de diodes importants incluent : – Redresseurs rapides : ces diodes conduisent l'électricité très rapidement, permettant des applications à haute fréquence.
– Redresseurs standard : ces diodes conduisent l'électricité plus lentement, ce qui permet des applications à basse fréquence.
– Redresseurs à barrière Schottky : Ces diodes ont une diode Schottky intégrée qui les empêche de conduire vers l'arrière.
– Photodiodes : ces dispositifs convertissent la lumière en électricité, ce qui les rend utiles dans les applications de détection.
Les diodes ont des seuils de tension, des caractéristiques et des tensions de claquage différents
Bien que les diodes restent des shunts électriques unidirectionnels, elles ont généralement une tension de claquage très élevée (supérieure à 1 mégavolt) et un seuil de tension de claquage (diminution de la tension nécessaire pour démarrer le claquage) qui les rendent adaptées à certains types d'applications.
Ces paramètres de seuil dépendent du type de diode utilisé et peuvent être modifiés pour créer différents types de diodes.
A titre d'exemple, une diode de redressement rapide a un seuil de tension de claquage d'environ 0.3 volt.
Cela signifie que si la tension aux bornes de la diode est inférieure à 0.3 volt, la diode ne conduira pas et le circuit restera dans son état d'origine.
Si le circuit essaie de tirer plus de courant et que la tension aux bornes du circuit augmente, le seuil de tension de claquage de la diode est atteint et la diode commence à conduire le courant dans la direction opposée.
Les diodes peuvent être utilisées dans des applications linéaires ou non linéaires
Une caractéristique unique des diodes est qu'elles peuvent être utilisées dans des applications linéaires ou non linéaires.
Lorsqu'elle est utilisée dans des applications linéaires, la diode est utilisée comme interrupteur.
En d'autres termes, il conduit le courant dans un sens en fonction de la tension appliquée au circuit.
Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes d'un circuit, les électrons commencent à traverser la diode et le circuit est alimenté.
La diode peut être considérée comme un "interrupteur unidirectionnel".
Lorsque le circuit est alimenté, la diode conduit le courant, activant le circuit.
Lorsqu'aucune tension n'est appliquée sur le circuit, la diode ne conduit pas et le circuit est éteint.
Dans les applications non linéaires, la diode est utilisée pour amplifier ou augmenter l'amplitude ou la force d'un signal.
Par exemple, si un circuit utilise un signal basse fréquence pour contrôler quelque chose (comme allumer ou éteindre un moteur), le circuit lui-même peut être mis hors tension par le signal.
Mais si le signal est suffisamment élevé (comme une tonalité téléphonique ou la musique d'une station de radio), la diode peut être utilisée pour amplifier et allumer le circuit, lui permettant d'être contrôlé par le signal à haute fréquence.
Comment fonctionnent les diodes haute tension ?
Lorsqu'une haute tension est appliquée aux bornes d'un diode, il commence à conduire.
Cependant, la tension étant trop élevée, les électrons piégés à l'intérieur de la diode ne peuvent pas libérer leur énergie en quantité suffisante pour s'affranchir de leur confinement.
En conséquence, la diode conduit un peu, mais pas assez pour alimenter le circuit.
Lorsqu'une basse tension est appliquée aux grilles d'une paire de transistors qui contrôlent la tension appliquée aux bornes d'un circuit (appelé circuit en échelle), le signal est autorisé à passer sans régulation.
Cependant, lorsqu'il y a trop peu de tension dans le circuit en échelle et que les diodes ne conduisent pas suffisamment de courant, le signal n'est pas autorisé et le circuit est éteint.
Cela peut être utilisé pour alimenter des circuits simples et peut être utile pour les trieurs, les ordinateurs et les minuteries.
Comment calculer le seuil de tension d'une diode
Supposons que vous connectiez une diode à une source d'alimentation de 12 volts et que vous souhaitiez savoir si elle conduira (fournira de l'énergie) à basse tension.
L'équation de calcul de la tension de claquage (VOM) d'un dispositif semi-conducteur est la suivante : Dans cette équation, « VOH » est la tension aux bornes du dispositif lorsqu'il claque, « VOHSC » est la tension de seuil de la diode lorsqu'elle conduit, "I" est le courant à travers la diode, "E" est la tension du champ électrique à travers la diode et "n" est le nombre d'électrons dans la diode.
Pour déterminer le seuil de tension de la diode, vous devez connaître la tension de claquage de la diode.
Vous pouvez trouver cette valeur en utilisant l'équation ci-dessus.
La tension de claquage d'une diode à jonction pn au silicium typique est de 1.5 volts.
Cela signifie que lorsque la tension aux bornes de la diode est de 1.5 volts, la diode tombera en panne et commencera à conduire le courant.