1.1.Descriptions
Une diode laisse passer le courant dans un sens de l'anode vers la cathode et pas dans l'autre .
1.2.Symboles
1.3.Unités; Formules
Lesdiodes sont caractérisées par la tension de seuil et l'intensité maximal .
1.3.1.la tension de seuil
la diodeconduit le courant en sens unique de l' anode à la cathode .Deplus , la tension de l' anode doit être de 0,7 V supérieur àcelle de la cathode pour que la diode conduise le courant ; cettetension s' appelle la tension de seuil .
Il y a une tension de seuil qui apparaît 0,6 V à 0,7 Venviron pour une diode au silicium (0.4V pour une diode augermanium).
La zone où la diode est bloquée, c'est a dire que Vd <0.7V
Dans cette zone, on peut considérer que le courant Id est nul,mais il ne l'est pas totalement.
La zone où la diode est passante, c'est à dire que Vd >0.7V
Dans cette zone, Vd reste proche de la tension de seuil(0.7V), mais augmente légèrement avec le courant.
1.3.2.courant
Le courantsera limité par le reste du circuit et ne doit pas dépasser lavaleur maximale supportable par la diode , au risque de détruirecelle-ci .
1.4.Valeurs
1.4.1.Diode de commutation
Une diode souvent rencontré , la diode de commutation au Silicium 1N4148
1.4.1.1.Le codageJEDEC des diodes est un code couleur quiressemble a celui des résistantes.
La diode possède de 2 à 4 bagues. le nom de la diode sedétermine de la façon suivante:
Le préfixe est généralement 1N
Le suffixe se détermine avec la couleur des bagues:
La diode possède de 2 à 4 bagues. le nom de la diode sedétermine de la façon suivante:
Le préfixe est généralement 1N
Le suffixe se détermine avec la couleur des bagues:
La bague la plus prés du bord et la plusépaisse indique le 1er chiffre ainsi que la cathode, viennent ensuite les bagues 2 ,3 ou 4.Si la premier bague estnoir suivit de 2 bagues de couleur ne pas tenir compte , ellesert de repère pour la cathode ( Ex: noir , rouge , rouge seulles deux bagues rouge ont une signification).
1.4.1.2 Le codage PROELECTRON Europe (source Philips sept 94 )
Ce codage s' applique pour les composantssemi-conducteurs (diodes , transistors , LED , phototransistors ,circuits intégrés..).Il se compose d' une suite de lettressuivit de la référence du constructeur .
Voici un tableau récapitulatif :
|
Exemples :
AA112 ; Diode signal au Germanium référence 112.
BY228 ; Diode de redressement rapide au silicium référence 228.
BY228 ; Diode de redressement rapide au silicium référence 228.
Pour les diodes zéners la 3 em lettre avec deuxchiffre indique la série ( X55 , X84 , X85 , Y74 ...) puis lalettre après le signe - donne la tolérance du composant ( A =1% , B = 2% , C = 5% , D = 10% , E = 20 % ) .
BZX55-C6V2 ; Diode zéner au silicium série X55avec une tolérance ( C ) de 5% et de tension 6,2 Volts ( le Vservant de virgule ).
BC 547 B ; Transistor au silicium référence 547la dernière lettre indique le niveau de gain mais nous verrontcela dans le chapitre Transistors .
BPW34 ; Photo-diode au silicium référence W34 .
BTA 10/400B ; Triac au silicium 10A 400V .
1.4.1.3.Il y a des cas ou il n' ya rien de marqué dessus sauf un anneau noir pour repérer lacathode :
Mais assez souvent, les référencessont directement écrites sur les diodes.
Par exemple, s' il y a 1N4148 c'est une diode designal, c'est a dire qu'elle sert a transmettre des informations,elle est relativement rapide, mais elle ne supporte pas trop decourant (200 mA , 75V max ).Ont trouve aussi la diode 1N914 surd' ancien schémas .
Si il y a 1N4004 c' est une diode de redressement( 1 A , 400V ).
1.4.1.4.Extrait de fichetechnique:
1.4.2.1.Diode version CMS
ou 
LL34 ouSOT23 représente le type de boîtier ; pour les boîtier LL34 cesont des anneaux de couleurs qui indique le type de diode , pourles boîtiers SOT23 il a un code d'inscrit dessus ( JC , A7p ,p5B , pA3 .... ) .De plus certains CMS peuvent contenir plusieursdiodes comme le montre la figure ci dessous .
Extrait de fiche technique :
1.4.2.2.Diode ACK
Ce sontdeux diodes dans un même boîtier avec un point commun ( AnodeCommun Cathode ) .
Extrait de fiche technique :
1.4.2.3.Diode AKA
Extrait de fiche technique :
1.4.2.4.Diode KAK
Extrait de fiche technique :
1.5.Variantes
- les diodeszeners ou diode a effet de claquage conduisentle courant comme une diode classique mais aussi en inverse avecune tension de claquage précise.
- les diodesleds sont des diodes qui ont la particularitéde s' éclairer ; suivant le type de fabrication elles serontrouge , jaune , verte , bleu .
- les diodesinfrarouge d'émission et les photodiodes de réceptionservent pour transmettre des informations en émettant unfaisceau lumineux dans l' infrarouge non visible par l' oeil .
- les diodesschottky sont plus rapide et peuvent conduirede fort courant .
- les diodestunnel ne sont plus beaucoup utilisé .
- les diodesvaricap se comportent comme des condensateursdont la capacité varie avec la tension de polarisation de ladiode.
- les diodesde redressement , ponts redresseurs serventpour les alimentations afin de redresser les tensionsalternatives .
- les diodesPIN
1.6. Utilisations
1.6.1.les diodes decommutations servent à transmettre une information leplus souvent en tout ou rien.
Exemples d' applications :
Le circuit centrale 4017 envoidepuis ces sorties Q4 et Q9 des informations transmissent par D9et D10 , si le switcher SW1B se ferme les diodes D15 et D16peuvent modifier les informations sans que cela provoque un courtcircuit au niveau des sorties du 4017.
Dans cette exemple ont réaliseune fonction ET à diode ; si e1 et e2 sont au +c'est a dire au niveau haut la sortie s = 1 donc aussi au niveauhaut maintenant si e1 = 0 c'est a dire au niveau bas alors s = 0et si e2 = 0 alors s = 0 .
Si e1 = 0 et e2 = 0 alors s = 0 ; pour ce montage il faut bien e1ET e2 au niveau 1 pour que la sortie soit à 1.
Pour les fonctions logiques ET, OU , NAND , NI les explications ce trouveront dans les DOSSIERSNUMÉRIQUES.
Dans ce cas présent la diode sert de protection pour letransistor Q2 , en effet la bobine du relais induit un courantqui serait fatale pour le transistor .La diode court circuite lecourant induit de la bobine mais ne laisse pas passer le courantlorsque Q2 est alimenté.
Ici ontutilise une diode de redressement comme dé trompeur ; pouréviter tout dégâts en cas de branchement de l' alimentation àl' envers .2.1.Composition
Dans un cristal de silicium pur, chaque atome possède quatreélectrons périphériques engagés dans des liaisons covalentesavec quatre atomes voisins. Si on remplace un atome de siliciumpar un autre d'un élément chimique n'ayant que trois électronspériphériques (par exemple du bore), un des atomes voisins del'intrus se trouve privé de liaison et possède donc unélectron non lié, susceptible de quitter l'atome et deconférer à l'environnement une charge négative. Un telsilicium sera dit " dopé n ". Dans le cas d'unintrus ayant cinq électrons (par exemple du phosphore), onobtient un excès de charges positives et le cristal est "dopé p ". Si on accole une région n et unerégion p, les électrons de la région n auronttendance à migrer vers la région p, mais, ce faisant,ils créent un déséquilibre de charge qui entraînel'apparition d'un champ électrique intense au niveau de lajonction, où une étroite zone vide de charges, donc isolante,apparaît.
Si on relie les deux parties de la jonction à une source detension, zone n vers le côté + et zone p vers lecôté -, cette tension fait apparaître sur la zone isolante unchamp électrique qui renforce le champ préexistant et augmentel'épaisseur de la barrière isolante : aucun courant nepeut passer. Si, en revanche, on renverse le sens des connexions,le champ résultant est de sens opposé au champ préexistant. Ils'en retranche, diminuant d'autant la barrière isolante jusqu'aumoment où le champ change de sens, la barrière isolante ayantdisparu : le courant peut alors circuler à travers lajonction.
Un tel dispositif, qui laisse passer le courant dans un senset pas dans l'autre, constitue une diode, déjà utilisable entant que telle pour transformer un courant alternatif en courantcontinu.
différents types de diodes, qui sont des composants nonlinéaires, permettent de réaliser des fonctions comme leredressement du courant, la stabilisation d'une tension, lacréation de tensions oscillantes, etc.
Le modèle le plus simple de diode est la jonction P-N,obtenue en juxtaposant dans un morceau de semi-conducteur (engénéral du silicium),une zone enrichie en atomes donneurs d'électrons (zone N) et unezone comportant des atomes accepteurs d'électrons (zone P). Parsuite du déplacement des porteurs P et N à travers lafrontière entre les deux zones, il se forme une barrièreisolante, siège d'un champ électrique dirigé de N vers P.Lorsqu'on applique une différence de potentiel entre les deuxzones, l'effet est radicalement différent suivant la polarité.Si le pôle positif de la tension appliquée est du côté N(polarisation inverse), le champ électrique résultant renforcele champ spontané de la jonction, augmentant la barrièreisolante : aucun courant ne passe (il passe en fait un trèsfaible courant, indépendant de la tension appliquée). Àl'opposé, si le pôle positif est du côté P (polarisationdirecte), le champ de jonction s'affaiblit jusqu'à disparaîtreet le courant peut passer. Ce courant croît bien vite avec latension appliquée et devient rapidement destructeur pour lajonction. On a ainsi réalisé un dispositif redresseur qui,alimenté par une tension alternative, ne laisse passer lecourant que dans un sens. Cette fonction de rectification ducourant constitue la principale application de ce type de diode.
Il existe d'autres types de diodes assurant d'autresfonctions, comme les diodes Zener, qui permettent une régulationde tension en imposant entre leurs bornes une tensionindépendante du courant qui les traverse. On peut égalementciter les diodes tunnel, dont la caractéristique courant-tension(courbe donnant le courant qu'elles laissent passer en fonctionde la tension appliquée) a une forme ondulante présentant unezone où le courant décroît lorsque la tension croît. Unetelle caractéristique fortement non linéaire engendre dans uncircuit adapté aux oscillations.
2.2.Formules+
2.2.1. Introduction sur les semi-conducteurs
Cette section,essentiellement descriptive, a pour objet de donner au lecteurdes modèles simples de semi-conducteurs intrinsèques etextrinsèques de type n ou de type p. La connaissance de cesmodèles permet, par la suite, de rendre compte du comportementdes dispositifs à semi-conducteurs tels que diode, transistorbipolaire, transistors à effet de champ, etc.
2.2.1.1.Description:semi-conducteur intrinsèque
Un cristal desemi-conducteur intrinsèque est un solide dont les noyauxatomiques sont disposés aux noeuds d'un réseau géométriquerégulier. La cohésion de cet édifice est assurée par lesliens de valence qui résultent de la mise en commun de deuxélectrons appartenant chacun à deux atomes voisins de la maillecristalline. Les atomes de semi-conducteur sont tétravalents etle cristal peut être représenté par le réseau de la figure 1:
-
Figure 1: semi-conducteur intrinsèque
Définitions
L'électron qui possède uneénergie suffisante peut quitter la liaison de valence pourdevenir un électron libre. Il laisse derrière lui un trouqui peut être assimilé à une charge libre positive; en effet,l'électron quittant la liaison de valence à laquelle ilappartenait démasque une charge positive du noyau correspondant.Le trou peut être occupé par un autre électron de valence quilaisse, à son tour, un trou derrière lui: tout se passe commesi le trou s'était déplacé, ce qui lui vaut la qualificationde charge libre. La création d'une paire électron libre - trouest appelée génération alors qu'on donne le nom de recombinaisonau mécanisme inverse.
Assertion
La température est unemesure de l'énergie cinétique moyenne des électrons dans lesolide. On comprend dès lors que la concentration des électronslibres et des trous dépende très fortement de la température.
Exemples
Le silicium a un nombrevolumique d'atomes de 5× 1022 par cm3.A 300K (27° C), le nombre volumique desélectrons libres et des trous est de 1,5× 1010cm-3, soit une paire électron libre - trou pour 3,3× 1012atomes.
Le nombre volumique desatomes dans le germanium est de 4,4× 1022 par cm3.A 300K, le nombre volumique des électrons libres et des trousest 2,5× 1013 cm-3,soit une paire électron libre - trou pour 1,8× 109atomes.
2.2.1.2.Description:semi-conducteur extrinsèque de type n
Un semi-conducteur danslequel on aurait substitué à quelques atomes tétravalents desatomes pentavalents est dit extrinsèque de type n (Fig. 2)
- Figure 2: semi-conducteur de type n
Quatre électrons de la couchepériphérique de l'atome pentavalent prennent part aux liens devalence alors que le cinquième, sans attache, est libre de semouvoir dans le cristal. L'électron libre ainsi crééneutralise la charge positive, solidaire du réseau cristallin,qu'est l'atome pentavalent ionisé.
Définitions
Le dopage estl'action qui consiste à rendre un semi-conducteur extrinsèque.Par extension, ce terme qualifie également l'existence d'uneconcentration d'atomes étrangers: on parle de dopage de type n.On donne le nom d'impuretés aux atomes étrangersintroduits dans la maille cristalline. Dans le cas d'unsemi-conducteur extrinsèque de type n, les impuretés sontappelées donneurs car chacune d'entre elles donne unélectron libre.
Modèle
Les dopages courants sontd'environ 1016 à 1018 atomes par cm3.On peut admettre que le nombre volumique des électrons libresest égal au nombre volumique des impuretés et que le nombrevolumique des trous (charges libres positives) est négligeable.Étant données ces considérations, on établit le modèle desemi-conducteur représenté à la figure 3 dans lequeln'apparaissent que les charges essentielles, à savoir: lesélectrons libres et les donneurs ionisés. Les charges fixessont entourées d'un cercle.
- Figure 3: semi-conducteur de type n (modèle)
2.2.1.3.Description:semi-conducteur extrinsèque de type p
Si l'on introduit des atomestrivalents dans le réseau cristallin du semi-conducteur, lestrois électrons de la couche périphérique de l'impuretéprennent part aux liens de valence, laissant une place libre. Cetrou peut être occupé par un électron d'un autre lien devalence qui laisse, à son tour, un trou derrière lui. L'atometrivalent est alors ionisé et sa charge négative estneutralisée par le trou (voir fig. 4). Le semi-conducteur estalors extrinsèque de type p.
Figure 4: semi-conducteur de type p
Définition
Les impuretés, dans unsemi-conducteur extrinsèque de type p. sont appelées accepteursau vu de leur propriété d'accepter un électron situé dans unlien de valence.
Modèle
On peut faire les mêmesconsidérations qu'au paragraphe 1.8 concernant le nombrevolumique des trous: il est approximativement égale au nombrevolumique des impuretés. Le nombre volumique des électronslibres est alors considéré comme négligeable. Il s'ensuit unmodèle, représenté à la figure 5, dans lequel n'apparaissentque les charges prépondérantes: les trous et les accepteursionisés.
Figure 5: semi-conducteur de type p (modèle)
2.2.2. Introduction sur la jonction pn
Le dopage non uniformed'un semi-conducteur, qui met en présence une région de type net une région de type p, donne naissance à une jonction pn.Dans la présente section, on étudie, qualitativement, lesphénomènes qui ont pour siège la jonction pn. On donneégalement la relation exponentielle qui lie courant et tensiondans une telle jonction.
2.2.2.1.Description
Soit le semi-conducteurà dopage non uniforme de la figure 6 qui présente une région pà nombre volumique d'atomes accepteurs constant suivieimmédiatement d'une région n à nombre volumique de donneursconstant également. La surface de transition entre les deuxrégions est appelée jonction pn abrupte. Du fait de lacontinuité du réseau cristallin, les gaz de trous de la régionp et d'électrons de la région n ont tendance à uniformiserleur concentration dans tout le volume à disposition. Cependant,la diffusion des trous vers la région n et des électrons libresvers la région p provoque un déséquilibre électrique si bienque, dans la zone proche de la jonction, la neutralitéélectrique n'est plus satisfaite. On trouve, dans la région p,des atomes accepteurs et des électrons, soit une charge localenégative, et dans la région n, des atomes donneurs et destrous, soit une charge locale positive. Il s'est donc créé undipôle aux abords de la jonction et, conjointement, un champélectrique. Une fois l'équilibre atteint, ce champ électriqueest tel qu'il s'oppose à tout déplacement global de chargeslibres.
Figure 6: jonction pn abrupte
2.2.2.2.Définitions
La région dans laquellela neutralité n'est pas satisfaite est appelée zone dedéplétion ou zone de charge spatiale alors que lesautres régions sont dites régions neutres.
Le champ électrique internecréé par le dipôle est nommé champ de rétention de ladiffusion car il s'oppose à toute diffusion des chargesmobiles.
2.2.2.3.Assertion
Généralement, laconcentration des charges mobiles dans la zone de charge spatialeest négligeable vis-à-vis du nombre volumique des chargesfixes. On idéalise cet état de fait et l'on admet qu'il n'y apas de charges mobiles dans la zone de déplétion (voir fig. 7).
Figure 7: charges et champ électrique
2.2.2.4.Propriété
Il existe, entre larégion p et la région n, une barrière de potentielénergétique pour les charges mobiles. L'existence de cettebarrière se traduit par une différence de potentiel électriqueliée au champ de rétention de la diffusion.
Preuve
L'existence de la barrière depotentiel est mise en évidence par le travail Wpqu'il faut fournir pour faire passer un trou de la région neutrep à la région neutre n ou pour faire passer un électron ensens contraire (voir fig. 8)
Figure 8: grandeurs spécifiques dans unejonction pn
2.2.3.Capacité de transition
Dans les diodesdites VARI CAP, on utilise la propriété de variation de lacapacité de transition en fonction de la tension moyenneappliquée. On a recours à de tels éléments en radio, parexemple, pour réaliser des circuits oscillants dont lafréquence de résonance est réglée au moyen d'une tension.
2.2.3.1. Introduction La largeur de la zone dedéplétion dépend de la hauteur de la barrière de potentielet, par conséquent, de la tension appliquée. Or, pour varierles dimensions de cette zone, on doit introduire ou retirer descharges mobiles qui neutralisent les charges fixes des atomesionisés. Dans la description de la jonction en régimedynamique, on traduit ce comportement capacitif par la notion decapacité de transition.
2.2.3.2.Assertion
La largeur l dela zone de déplétion suit la loi:
(11)
2.2.3.4Définition
Soit QTla charge de la zone de déplétion dans la région neutre n. Unaccroissement dUB de la hauteur de la barrièrede potentiel, égal à l'accroissement dU de tensionappliqué à la jonction, provoque un accroissement dQTde la charge QT (voir figure 12).
- Figure 12: capacité de transition
On appelle capacité detransition la capacité différentielle définie par larelation:
(12)
Comme pour toutcondensateur plan, la capacité de transition se calcule d'aprèsla relation:
(13)
Comme la largeur de la zonede déplétion dépend de la tension U appliquée (12), lacapacité de transition varie également en fonction de Uselon la relation:
(14)
(15)
Figure 13: capacité de transition
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