Diode

Une diode est un composant dit actif, qui fait partie (comme le transistor) de la famille des semi-conducteurs. Par définition, une diode fait référence à tout composant électronique doté de deux électrodes. Il s'agit d'un composant polarisé qui possède donc deux électrodes, une anode et une cathode. La cathode (parfois appelée K, pour Kathode) est localisée par un anneau de repérage (il peut y avoir plusieurs anneaux, dans ce cas l'anneau de repérage est celui qui est le plus près du bord de la diode).

 

Une diode ne laisse pas passer le courant de la même façon selon qu'on la branche dans un sens ou dans l'autre (le courant Anode vers Cathode peut être plus important que le courant Cathode vers Anode, à une tension donnée, par exemple). Cette caractéristique permet à la diode d'être utilisée pour redresser un courant alternatif, c'est à dire de ne laisser passer que l'alternance positive ou que l'alternance négative (selon l'orientation de la diode). Le matériau le plus utilisé pour fabriquer les diodes "standards" est à ce jour le silicium, le germanium étant désormais bien moins utilisé que par le passé. 

Quelques diodes au germanium :

Il existe une multitude de diodes, voir paragraphes qui suivent. Le type de diode à utiliser dépend de l'application : détection de signaux RF dans un récepteur radio, redressement dans une alimentation linéaire, amélioration de la vitesse de commutation de transistors de puissance dans une alimentation à découpage, protection contre les surtensions, par exemple.

Tension de seuil

Correspond à la tension à partir de laquelle la diode commence à conduire quand elle est polarisée dans le sens passant. Dit autrement et de manière sans doute plus juste : une diode ne conduit que lorsque son anode est portée à un potentiel plus positif que sa cathode, et que la différence de potentiel entre anode et cathode atteint la tension de seuil. Les deux schémas qui suivent utilisent deux diodes différentes qui sont parcourues par un courant différent, et montrent les chutes de tension introduites par ces diodes. On peut donc dire que la tension de seuil correspond à la tension minimale de fonctionnement en-dessous de laquelle la diode ne peut pas être utilisée. Cette tension de seuil correspond aussi à la tension de déchet, c'est à dire la tension qui sera perdue à cause de l'usage même de la diode (tension qui reste à ses bornes quand elle conduit). Plus le courant qui traverse la diode est important, et plus la chute de tension est importante. L'évolution de la chute de tension reste cependant assez faible comparée à l'évolution du courant.

Remarque : les résistances placées sur les schémas précédents représentent la charge, c'est à dire le circuit qui est alimenté au travers des diodes. Dans le premier cas, la valeur de la résistance est plus élevée car une diode de commutation n'est en général pas utilisée pour des courants importants, alors qu'une diode de redressement peut être traversée par des courants de plusieurs centaines de milliampères ou de plusieurs ampères.

Tension inverse

Appelée aussi tension de claquage. Il s'agit de la tension maximale que l'on peut appliquer à la diode dans le sens bloquant (c'est à dire diode branchée à l'envers), avant qu'elle ne conduise. Une diode "normale" risque de griller quand cette tension inverse maximale est dépassée, mais certaines diodes supportent ce fonctionnement et ont même été conçues pour travailler de cette façon. Les diodes zener, par exemple, se comportent comme des diodes normales quand on les branche dans le sens direct, et présentent une tension à juste titre appelée tension de zener, quand on les branche dans le sens inverse. Cette tension inverse (de zener) est utilisée comme référence de tension, pour de la régulation d'alimentation par exemple.

Courant direct

Il s'agit de l'intensité maximale qui peut parcourir le composant de façon continue quand il est polarisé dans le sens passant, sans que ce dernier ne grille. La diode peut en général supporter une pointe de courant (très brève) bien supérieure au courant maximal.

Vitesse

Certaines diodes sont dites rapides. On peut donc imaginer qu'il en existe des lentes. Et c'est bien le cas. Alors qu'entend-on donc par rapide ? Et bien comme dans tout contexte d'utilisation, tout est relatif. Une même diode peut être considérée comme rapide dans une application donnée, et être considérée comme lente dans une autre application. Une diode de type 1N4007 par exemple, convient pour effectuer un redressement en sortie secondaire d'un transformateur d'alimentation (50 Hz), mais ne convient pas pour une utilisation en diode de recouvrement dans une alimentation à découpage (diode de recouvrement : diode connectée au transistor de puissance qui travaille en commutation à une fréquence élevée - par exemple 150 KHz, pour accélérer les temps de commutation et limiter ainsi l'échauffement). Les diodes Schottky sont dites rapides, et peuvent même parfois être préférées pour des applications "lentes" (alimentations linéaires de circuits audio de haute qualité, par exemple).

Tout comme pour les résistances et les condensateurs, il existe un code couleur pour la diode, ainsi qu'une notation en clair. La notation par lettres et chiffres du composant repose sur une normalisation dont quelques détails sont donnés à la page Notation des composants.

Exemple : AA119, BAX13, OA95, 1N4150, 1N914, 1N4148
Ce type de diode est utilisé surtout en logique, où dans des montages où peu de puissance est mise en jeu. On les appelle souvent Diode d'usage général, même si paradoxalement on trouve aussi d'autres diodes appelées également Diode d'usage général.

Exemple : 1N400x (1N4003, 1N4007, ...), 1N5408, BY255
Utilisée pour le redressement mono-alternance (une diode) ou bi-alternance (deux ou quatre diodes) dans les alimentations secteur. A noter qu'il existe des diodes de puissance montées par paire dans un même boitier, avec une patte en commun (deux diodes avec anode commune en boitier TO220 par exemple), qui leur donnent l'aspect d'un composant tripolaire (voir photo en haut de page). Il existe aussi des boitiers intégrant quatre diodes de redressement, câblées en pont (voir ci-après).

Remarque : les diodes de redressement de puissance présentent souvent une chute de tension importante quand le courant qui les traverse est important. Par exemple, la diode1N4007, bien connu des électroniciens, présente une chute de tension de l'ordre de 0,7V pour un courant de 50 mA, et une chute de tension de 1,1V pour un courant de 1A. La diode 1N5818 est une diode de type Schottky qui peut être utilisée pour du redressement, et qui présente une chute de tension moitié de la 1N4007, soit 0,55V pour un courant de 1A. Par contre, elle ne supporte qu'une tension inverse de 30V, contre 1000V pour la 1N4007, ce qu'il est important de savoir pour des alimentations qui dépassent 24V... Pour des besoins en courant plus importants, la diode Schottky MBR20100CT ne présente qu'une chute de tension de 0,7V sous 10A, et la 43CTQ100, 0,67V sous 20A. Pas mal, non ?

Les grosses diodes de puissance sont plus volumineuses que les petites diodes (je tiens cette information de La Palice). Certaines d'entre elles ont une forme tubulaire comme les diodes faible puissance, et d'autre sont dans un boitier de type TO220, tel que ceux utilisés par certains transistors de puissance (IRFZ44N par exemple) ou par les triacs communs (TIC226D par exemple).

 

Ce type de boitier dispose d'une semelle métallique avec un trou, qui permet de fixer la diode sur un radiateur, facilitant ainsi l'évacuation de la chaleur dégagée par le composant. On peut retrouver deux diodes dans un même boitier, ce dernier comporte alors trois pattes dont une est commune aux deux diodes (en général ce sont les cathodes qui sont mise en commun).

 

Exemple : PR1, BY164, 110B6, B40C, KBP02M, KBL04
Il s'agit ni plus ni moins d'un assemblage de quatre diodes de redressement identiques dans un même boitier, câblées entre elles "en rond", chaque point commun correspondant à une connexion. Les ponts de diodes sont principalement utilisés pour le redressement de tensions alternatives dans une alimentation secteur. Le fait de n'avoir que quatre pattes au lieu de huit permet de simplifier le montage sur CI. 


Vieux pont de diodes

Il existe aussi des boitiers à trois pattes (en boitier TO220 par exemple) qui contiennent deux diodes identiques montées tête-bêche (cathodes commune ou anodes commune). Tiens, je l'avais déjà dit juste avant...

Les diodes THT sont des diodes capables de travailler sous de très hautes tensions (THT), de plusieurs KV à plusieurs dizaines de KV. Il est assez rare de trouver une diode qui permette cela à elle seule. La plupart du temps, il s'agit de plusieurs diodes montées en série, dans un même boitier. On appelle d'ailleurs parfois ce type de composant un barreau de diodes. La représentation de ce type de diode dans un montage électronique est souvent faite par plusieurs diodes collées entre elles, en série :



Si pour un montage particulier (petit générateur de THT par exemple), vous avez besoin de diodes haute tension, allez donc faire un tour du côté des pièces détachées pour four à micro-ondes. On y trouve en effet des diodes THT 12 KV ou 16 KV pour quelques euros. Vous pouvez aussi, si la haute tension se résume à quelques 1000 V, monter en série des diodes traditionnelles dont la tension inverse max est de 1000 V, telles les fameuses 1N4007. Mais attention, afin de bien répartir les tensions sur chaque diode quand elles sont bloquées, il faut monter en parallèle de celles-ci des résistances "d'équilibrage" (un exemple est donné à la page Alimentations avec transformateur). 

Les diodes de détection sont (étaient ?) utilisées pour la détection (démodulation) RF dans les étages d'entrée de récepteur de radio. Ce type de diode, généralement en germanium, présentait un seuil de conduction plus faible (0,2V à 0,3V) que ceux des diodes au silicium (0,6V à 0,7V) et présentaient donc l'avantage d'être plus sensible et donc de mieux fonctionner avec des niveaux de réception faibles. J'ignore si ce type de diode est encore utilisé, car il existe désormais des techniques de détection plus efficaces. Mais il semble qu'elles soient en voie de disparition si on en juge la difficulté à s'en procurer...

Plusieurs diodes sont montées dans un même boitier. 



Soit elles sont complètement isolées les unes des autres, soit elles ont une de leur patte mise en commun (réseau à cathode commune ou à anode commune). Quand on parle de diodes en réseau, il s'agit généralement d'un boitier comportant quatre, sept ou huit diodes. Mais il existe également des boitiers ne comportant que deux diodes, montées tête-bêche, que l'on trouve en particulier dans le domaine du redressement de puissance (en boitier TO220), ou dans le domaine HF avec les diodes varicaps.

Les diodes zener sont principalement utilisées pour la régulation de tension d'alimentation. Pour plus de détails, voir page Diode Zener.

Ces diodes ont des caractéristiques similaires aux diodes zener, mais se caractérisent par un coefficient de température bien plus faible. La tension à leur bornes, pour un courant donné, varie donc moins en fonction de la température ambiante. On les utilise principalement dans le domaine de l'instrumentation, notamment dans la mesure de température ou plus simplement encore de tensions (voltmètres).

Exemples : BA102, BA104, BB105, BB112, BB142, BB204, BB405B
Appelée aussi Varactor (acronyme de Variable Reactor) ou encore Diode d'accord, la diode Varicap présente la particularité de se comporter comme un condensateur dont la valeur dépend de la tension continue appliquée à ses bornes, quand elle est polarisée en inverse. La principale caractéristique d'une diode varicap est sa plage de variation de capacité (quelques pF ou quelques dizaines de pF) pour une plage de tension inverse donnée (quelques volts à quelques dizaines de volts). On peut donc la considérer comme un condensateur variable programmable par une tension. Ce type de diode est fréquemment utilisée dans des montages RF pour effectuer une modulation de fréquence, ou assurer un accord (dans l'étage d'entrée RF d'un récepteur TV, ou pour stabiliser avec grande précision la fréquence de sortie d'un VCO, par exemple). Mais il existe aussi des diodes varicap de puissance utilisées pour réaliser des multiplicateurs de fréquence à faibles pertes, et des diodes varicap où l'arséniure de Gallium est préféré au silicium pour des applications en très haute fréquence. Dans certaines applications (récepteur de télévision par exemple), il est nécessaire d'utiliser deux diodes varicap montées tête-bêche, qui doivent posséder des caractéristiques proches. Certains constructeurs proposent ainsi des diodes doubles (deux dans un même boitier) ou appariées, et où la différence de capacité entre les deux diodes n'excède pas 2,5% (diodes BB204, BB112 ou BB405B par exemple).

Exemple : Transil 1N6286

La diode Transil est l'appellation donnée par Thomson à la diode Transzorb. Ce type de diode est de type "à avalanche" Elle se met en parallèle sur l'alimentation, et absorbe toute surtension. L'inconvénient majeur de ce type de diode est qu'une très forte surtension la met en court-circuit. Là, c'est sûr qu'elle protège encore mieux l'équipement qui suit, mais les fusibles et disjoncteurs qui précèdent n'aiment pas ça, et jouent bien leur rôle.

Une LED est une diode qui émet des radiations visibles (de la lumière, quoi). 

  

Pour plus de détails, voir Led.

Exemples : OAP12, BP104
Ce type de diode est assimilable aux cellules photorésistantes, dans le sens ou elle est plus ou moins conductrice selon l'intensité de la lumière qu'elle reçoit. Elle peut se trouver sous forme d'un composant discret à deux pattes, ou être intégrée dans un optocoupleur. 

 

La photodiode PIN est une photodiode ultra-rapide principalement utilisée dans le domaine de l'optique (infrarouge notamment).

Appelée aussi diode Esaki. La diode Tunnel tire son nom de l'effet "Tunnel", qui consiste dans la manière dont une particule électronique peut traverser une barrière de potentiel trop élevée pour être franchie d'une façon normale (barrière qui empêche la conduction inverse dans le cas des diodes normales). Dans une diode Tunnel, le courant commence d'abord à croitre sensiblement proportionnellement avec la tension appliquée. Puis cette tension augmentant toujours, à partir d'un certain point, le courant s'inverse et diminue. On est alors en présence d'une "résistance négative", ce qui rend la diode idéale pour la réalisation d'oscillateurs ou d'amplificateurs, notamment dans le domaine fréquentiel des micro-ondes.

Appelée aussi diode Uni-tunnel. Cette diode est similaire à la diode Tunnel dans son comportement global, exceptée que la portion "résistance négative" n'existe pas dans cette dernière. Ce type de diode est particulièrement utilisé pour le redressement de signaux de faible amplitude et très haute fréquence (micro-ondes)

Exemples : MBD102, FH1100, HP2800
Diode de redressement fabriquée sur la base d'une jonction entre un métal et un semi-conducteur. L'effet Schottky confère à cette diode la faculté de commuter à des vitesses très élevées. Elle est donc naturellement employée là où des vitesses de commutation et de recouvrement élevées sont requises, comme par exemple pour la protection de transistors dans des circuits de commande de puissance ou dans des alimentations à découpage. Cette diode présente en outre l'avantage de présenter à ses bornes, une chute de tension plus faible que celle des diodes classiques. Autre argument de choix pour la préférer dans des alimentations où le moindre dixième de volt est compté...

Oscillateur micro-onde à résistance négative fonctionnant selon le principe de l'effet Gunn. Il s'agit d'une diode composée d'arséniure de gallium produisant des oscillations micro-ondes cohérentes quand un champs électrique important  lui est appliqué.

Ce type de diode peut être utilisée pour assurer la détection de modulation optique (photodiode PIN à l'entrée d'un récepteur d'une liaison fibre optique par exemple). Elle peut aussi être utilisée comme élément atténuateur commandé dans un étage HF, ou comme élément de commutation pour router des signaux HF.

Diode à effet de champs dont la particularité est de générer un courant constant, dont la valeur est indépendante de la tension appliquée à ses bornes (quelques centaines de uA à quelques mA)..

Exemples : DB3, ER900, ST2, BR100-03, 1N5758
Un diac (diode alternative current) est une diode symétrique constituée de deux diodes de type Shockey montées tête-bêche, et présente la caractéristique de pouvoir conduire dans les deux sens, mais seulement à partir d'une certaine tension (entre 25V et 40V, souvent 32V). Ce type de composant est souvent utilisé en série avec la gâchette d'un thyristor ou d'un triac, dans un gradateur de lumière par exemple.

Le thyristor et le triac sont en fait des diodes commandées à l'aide d'une électrode supplémentaire appelée Gâchette.