Les diodes



LES DIODES














Si tu me parlais de la diode !
Bon si tu veux,  mais vu que ce site est de  l'électronique fastoche à mettre entre toutes les mains, je ne vais te parler que de choses importantes, de manière à ce que tu puisses t'en servir sans les détériorer.

- Je commence tout de même par un petit rappel sur les atomes. Tu as vu au début du site ce que sont les atomes et en particulier les électrons. Si un doute s'installe dans ta boite à méninges tu repars en page 1. ICI

Tu oublies que je suis premier de ma classe !...
- Eh dis donc je viens de recevoir ton bulletin scolaire du 3 ème Trimestre... Chapeau bas Monsieur Nicolas... Chapeau bas...    Les appréciations de l'équipe pédagogique sont:  - Excellent élève... Excellent trimestre... Excellente année... BRAVO

- Bon revenons à nos moutons...

- Dans la nature il y a les bons conducteurs d'électricité et les mauvais conducteurs, ces derniers sont appelés isolants. Il y a aussi des conducteurs plus ou moins bons, et là se situent les Semi-conducteurs.
- Les matériaux semi-conducteurs utilisés en électronique sont souvent le Germanium et le Silicium. Le Germanium n'est plus guère utilisé, vu que les composants fabriqués avec ce matériau supportent mal la température (leurs caractéristiques changent une fois 80 degrés environs). Le Silicium lui, tient mieux en température et garde ses caractéristiques.

- Les diodes sont donc des semi-conducteurs en Silicium.

- Voila... C'est cela même dans la majorité des cas.

- Tel qu'il est dans la nature le silicium n'est pas utilisable en électronique, pour améliorer sa conductivité il faut y introduire dirons nous "des impuretés". Ces impuretés sont des atomes étrangers, et cette action s'appelle le "Dopage". Les impuretés sont souvent des atomes d'arsenique où de Bore. Avec l'arsenique on obtient  du silicium de type P (Positif) et avec le Bore du silicium de type N (Négatif).

Supposes Nicolas que l'on assemble par fusion deux morceaux de silicium l'un de type P et l'autre de type N que se passe t-il à ton avis.


    Humm. Heeuu..

Attends cela y est ... Tu m'as dis l'autre jour que dans la nature les atomes étaient électriquement stables, donc si l'on assemble deux semi-conducteurs de type électriquement opposés, les électrons majoritaires de l'un vont se recombiner avec les électrons minoritaires de l'autre.

Et bien voila tu viens de créer une diode de type P-N.

- Effectivement les électrons vont se recombiner dans la région du contact  et créer ainsi une faible zone de jonction (également appelé zone de déplétion). Les électrons plus éloignés de cette zone n'ont pas assez d'énergie pour faire de même, car cette zone une fois réalisée se comporte en quelque sorte comme un isolant.

Figure 1
Jonction de la diode



- Le symbole de la diode PN:
Figure 2
Symbole de la diode
Le sens du courant est le sens conventionnel

Et maintenant j'en fais quoi de ta diode ?

Avant de te montrer l'utilisation de la diode un petit rappel sur le sens du courant. Dans la réalité les électrons vont du Moins au Plus, c'est le sens réel, le sens conventionnel veut qu'ils émigrent du Plus au Moins... Pour cette démo je parle avec le sens réel des électrons...

- Regardes donc ces montages:

Bis répétita... Pour cette démo je parle avec le sens réel des électrons.
La diode


Montage 1:

- La Cathode (N) (Négatif) de la diode est câblée coté Moins de la pile (Sens directe).
- Je te disais plus haut que les électrons de la diode les plus éloignés de la jonction n'avaient pas assez d'énergie pour se combiner totalement.
Mais si l'on apporte de l'énergie  avec les électrons d'une pile,  ce surplus d'énergie permet à ceux-ci de franchir la jonction,  les électrons vont du moins vers le plus de la pile en traversant la diode, un courant s'établit et la lampe va s'allumer.
- Ce surplus d'énergie se paie car il y a une perte de tension qui est de 0,7 Volts environs pour une diode au silicium. (0,3 pour une diode au germanium).

Montage 2:

 La Cathode (N) (Négatif) de la diode est câblée coté Plus de la pile. (Sens inverse).
 - Les charges de la pile et de la diode étant opposées elles vont donc s'attirer entre elles, les électrons de la diode vont donc se diriger vers les extrémités de celle-ci et cela aura pour effet  d'épaissir la jonction.  Ainsi câblée aucun courant ne circule (ou très peu) et la lampe reste éteinte.

- En résumé, une diode laisse passer le courant dans un seul sens si la tension dépasse le seuil de conduction, qui est d'environ 0,65 Volts.

Retour au sens conventionnel du courant...

- Un exemple typique de l'utilisation de la diode est la protection d'un appareil alimenté par pile.
Une inversion de polarité peut se produire lors d'un changement de pile (mauvaise manipulation), comme l'appareil risque d'être détruit par cette inversion il est judicieux de mettre une diode de protection entre la pile et l'appareil.

Sur le montage 3 la diode protège  une diode LED.

La diode

- Nicolas j'ai choisi ce montage pour que tu calcules la valeur de la résistance, sachant que la tension de service de la LED est de 2 Volts et consomme 20 milliampères, avec une alimentation de 9 Volts.

Alors ça c'est de l'électronique fastoche...  R=U/I
 La tension U au bornes de la résistance est de 9-(2+0,6) = 6,4 Volts donc R = 6,4/0,020 = 320 Ohms...
Ou simplement  R = 9-(2+0,6)/0,020 = 320 Ohms
Très bien... C'est juste pour voir si tu as bien compris qu'il y a une chute de tension aux bornes de la diode (0,6 Volts dans le calcul) et qu'il faut en tenir compte... 
La chute de tension est de 0,6 Volts pour les diodes au silicium et 0,3 pour les diodes au germanium.
Très bien...

Utilisation de la diode:

Entre autre:

1- Redressement d'un signal alternatif: (Pont à diodes).
     La tension alternative d'un transformateur doit être redressée pour obtenir une tension continue. (Voir sur le web).
2- Diode de protection

Diode 1N 4148

En A Diode en série...    Si la pile est montée à l'envers la diode ne conduit plus...
En B Diode en parallèle. Si la pile est montée à l'envers la diode devient  passante créant un court circuit faisant fondre le fusible.
En C Diode de protection d'un transistor. La bobine du relais crée un courant induit susceptible d'endommager le transistor.
- Cette diode est aussi à mettre dans les montages HI-FI ou il y a un relais, et ceci  même si le relais n'est pas commandé par un transistor. En effet sans cette diode la commutation du relais se fait entendre dans les enceintes.

3- La diode peut être utilisée en capteur de température, en effet sous un courant constant la tension de seuil varie en fonction de la température.
4- Dans les appareils radio. (Diode de détection).
5- Stabilisateur de tension. (Diode Zener).


Diodes de protection d'un galvanomètre
Types de diodes:
Entre autre:

Diodes de redressement genre 1N 4001- 1N 4002 - 1N 4007.. Etc...
Diodes de détection (Poste radio). Genre OA 85 - OA 95 - AA119... Etc...
Diodes de commutation  genre 1N 914 - 1N 4148 - BAX 13 (rapide)... Etc
Diodes de puissance (Doive être montées sur radiateur).
Diodes en pont (Redressement tension alternative).
Diodes Zéner (Stabilisation de tension)
Diodes Varicap (BA102, BA104, BB112) etc. (Diodes à capacité variable)...

- Paramètres importants de la diode: (A ne pas dépasser)
- Ces paramètres sont à respecter sous peine de trépas de la diode.

1- Courant direct de la diode.
2- La tension inverse maximale admissible.
3- Courant de surcharge en mode impulsionnel.
4- La puissance dissipée.

-Test de la diode:

- La plupart des multimètres de nos jours ont la fonction "Test diode". Dans le sens passant le multimètre indique la tension de seuil dans l'autre il doit indiquer "OL". C'est à dire qu'aucun courant ne doit passer si tel n'est pas le cas la diode est réputée Morte.
- Si la fonction "test diode" n'est pas présente sur le multimètre prendre la fonction Ohmmètre. Dans un sens le courant passe mais pas dans l'autre.

Sinon la diode est réputée Morte.

Voila...

MarieA la soupe .....

Qu'est-ce quelle dit la Marie ?

A la soupe...

Oh Puréeee.

Non... C'est de la soupe...

Mais punaise... Je dis  "Oh Puréeee" parce que c'est de la soupe.. Banane.. Y a pas, il faut y aller..





LES DIODES ZENER



-  Après un aussi bon repas, je ne me sens pas le courage de te parler du phénomène physique de la diode zéner, sur le Web beaucoup de sites dédiés en parlent donc je ne ferais que répéter.

- Intéressons nous plutôt aux aspects pratiques:

Le symbole
Symbole diode zener


La diode zéner s'utilise le plus souvent pour stabiliser une tension.

Diode zener

Figure 1:
 Le montage le plus courant ou la tension stabilisée dépend des caractéristiques de la diode zéner.

Figure 2:
 Montre la mise en série de 2 diodes zéner. La tension U1 est égale à la somme des tensions des 2 diodes. La tension U2 est égale à la tension de Z1.

- Exemple:  Z1=6,2 Volts Z2= 12 Volts: U1=18,2 Volts U2= 6,2 Volts.

La figure 3:
 Elle montre l'utilisation la plus répandue. La diode zéner fournit la tension de référence à la base du transistor. La tension U2 est égale à la tension zéner diminuée de 0,6 volt (Chute de tension Base-Émetteur du transistor).

- Calcul de la résistance:

Figure 1: Supposons une tension de la pile de 22 volts, une zéner de 12 Volts 0,4 watt.
Intensité maximum de la diode = 0,4/12 = 0,033 Ampère R= (22-12)/0,033 = 333 Ohms
Vu que le calcul est fait avec l'intensité maximum de la diode prendre la valeur de R au dessus de 333 Ohms soit 390 Ohms.

Figure 2: Supposons une tension de la pile de 30 volts, les zéner de 0,4 watt.
Puissance totale = 0,800 Watt.
Tension totale des zéner = 18,2 Volts
Intensité maximum des diodes = 0,8/18,2 = 0,044 Ampère
R= (30-18,2)/0,044 = 268 Ohms
Vu que le calcul est fait avec l'intensité maximum des diodes prendre la valeur de R au dessus de 268 Ohms soit 330 Ohms.
Puissance de la résistance =  11,8 ²/330= 0,5 Watt

- Je ne te conseil pas ce genre de régulation (figure 1 et 2) qui ne convient que pour de très faible intensité. Le mieux est de mettre un transistor comme sur la figure 3. Si de grandes intensités sont demandées au transistor il est impératif de mettre un transistor Darlington. En effet l'intensité demandée par la base doit rester faible par rapport à l'intensité circulant dans la diode zéner.

- Bruit dans la diode zéner:
- La diode zéner occasionne un bruit qui dans une chaîne hi-fi par exemple serait perceptible sous forme de souffle dans les hauts parleurs. Il faut donc impérativement la découpler avec une capacité de 100 nF céramique. A noter que ce bruit est plus faible avec des diodes zéner inférieures à 8 Volts.

- Exemple:
Regulation serie


Quoi qu'il en soit il vaut mieux prendre dans la mesure du possible des régulateurs spécialisés du genre 78xxx ou 79xxx





LES DIODES LED

 Symbole
La diode LED

- Pas grand chose à te dire sur les LED beaucoup de sites en parlent.

Tout au plus quelques conseils.

1 - Premièrement  il est impératif que sa polarité soit respectée.
2 - Ne jamais tester une LED sans résistance de limitation. Pour ce faire pas besoin de calcul  tu mets une résistance de 680 Ohms et ce pour des tensions de 9 à 12 Volts.
3 -  Les LED sont mécaniquement fragiles.

Tension de service des diodes LED
LED Rouge    1,8
LED Jaune     1,9
LED Verte      2,0
LED Orange   2,0
LED Bleue      3,0
LED Blanche  3,0
On prend comme intensité moyenne 0,017 A


Montage en Série
LED en serie.gif Tension de la pile = 12 Volts
Calcul de la résistance pour des LED Rouges

Tension total des LED = 1,8*3 = 5,4 Volts
R= (12-5,4)/0,017 = 388 Ohms


A ne pas faire:

- Il peut être tentant par économie de relier deux LED en parallèle avec une seule résistance (Figure 1). Il faut savoir que rare sont les diodes LED (même de couleur similaire) d'avoir exactement le même point de fonctionnement. Et rare sera le cas ou les LED auront la même luminosité.

-Le mieux est donc la figure 2.


 


LES DIODES VARICAP

Symbole
La diode varicap

- La diode varicap est une diode dont la capacité varie en fonction de la tension continue qui lui est appliquée. On peut la considérer comme une capacité variable (Figure B), la capacité est du coté Cathode.

- Boîtier de la diode varicap:

Cette diode existe en différents boitiers:
1- Boîtier normal (Figure A)
2- Boîtier genre TO 92 (Figure C)

- Exemple:
Diode varicap

- Pour que cette diode remplisse son office, il faut lui appliquer une tension continue sur la Cathode. Celle ci présente une capacité Minimale lorsqu'elle est  alimentée par sa tension Maximal, et vis et versa.
- Il est possible de relier des diodes en série ou en parallèle et dans ce cas les règles des condensateurs en série ou parallèle s'appliquent. (voir le chapitre sur les condensateurs).

- Exemple:

Diode varicap

- Par exemple pour une diode de capacité maximale de 100 pF à une tension de 25 Volts. Du coté masse la diode présente une capacité de 100 pF et du coté 25 Volts elle présente une capacité de 2 pF. Tu remarques une résistance de protection R
- Vu qu'elle fait office de capacité variable, la diode varicap est surtout employée dans les récepteurs au niveau de l'oscillateur locale desn postes radio et des circuits accordés. Ou encore dans les oscillateurs en tout genre.

- La diode Schottky:



- La diode Shottky est une diode à jonction métal / semi-conducteur qui a une tension de seuil plus bas que la diode PN (0,25V contre 0,65 env pour la PN), avec un temps de réponse plus rapide. Elle est utilisée entre autre dans les circuits logiques rapides (TTL Schottky).

- La diode shockley:

- Cette diode est également appelée diode PNPN ou diode à quatre couches. Cette diode (Fig 1A) peut être représentée scindée en deux (Fig1B). Elle peut être assimilée à un ensemble de deux transistors, l'un PNP, l'autre NPN (Fig 2B). Sa représentation est sur la figure 2C.



- Électriquement ces deux transistors sont câbles telle la figure 2B, le collecteur de l'un est relié sur la base de l'autre. Si l'on applique aux bornes de la diode une tension continue de faible valeur, la diode reste bloquée. Au delà d'un certain seuil, il y a déclenchement et sa résistance interne chute soudainement. En effet la tension aux bornes augmentant progressivement, le courant collecteur de T1, traversant l'espace base émetteur de T2 (Fig2B) est amplifié par celui-ci, pour être envoyer sur la base de T1, qui va l'amplifier à son tour. Il y a un effet cumulatif et l'ensemble, parcouru subitement par un courant trés élevé, présente alors une résistance faible. La diode ne peut être désamorcée qu'en coupant son alimentation.


- Courbes caractéristiques:

Diode Shockley 1N5158


- En partant de zéro volt et en augmentant la tension positive sur l'anode, le courant courant dans la diode a une valeur négligeable. Lorsque le seuil de déclenchement est atteint (Vs) (entre 8 et 10 Volts), un courant  d'une certaine valeur traverse la diode (courant de maintient (Ih) environ 20mA). A ce moment la tension aux bornes de la diode retombe subitement à une valeur de 1,5 Volts environ. Si l'on augmente à nouveau la tension V, la diode se comporte comme une diode classique. La tension inverse (Vn)bà ne pas dépasser pour la diode est de 10 Volts environ.

- Applications de la diode Shockley:

- La détection de surtension. La diode est connectée avec une ampoule témoin, l'ensemble est placé en parallèle sur le circuit à protéger. L'ampoule s'allumant dès la surtension dépasse le seuil de déclenchement de la diode (Fig 1)
- Un  générateur de dent de scie peut être conçu de manière très simple. Ici le condensateur C se charge au travers de la résistance R. Dès que la tension aux bornes de la capacité dépasse le seuil de conduction de la diode Shockley, celle-ci décharge C jusqu'à une valeur pour laquelle la diode présente une résistance élevée. Le condensateur commence alors à se décharger jusqu'à ce que la tension de déclenchement de la diode soit atteint de nouveau. (Fig 2)



- La diode Diac:

- La diode diac est obtenue en  branchant tête bêche de deux diodes Shockley en parallèle. Vu l'agencement des diodes Shockley le diac est un composant bidirectionnel (elle conduit dans les deux sens). Il a une impédance élevée pour une faible tension appliquée, et une impédance négligeable à partir de son seuil de conduction.


- Son seuil de conduction est généralement de 32 Volts. On l'emploie le plus souvent en binôme avec le triac.


- Je termine en te montrant ce qu'a permis la découverte des semi conducteurs pour ce qui est de la miniaturisation.
 
La diode à vide est remplacée par une diode PN
Diode à vide Diode PN Condensateur à air Diode varicap
Diode à vide Diode PN Condensateur variable Diode varicap
Lampe Diode de redressement Le condensateur à air est remplacé par une diode varicap


Voici donc Nicolas un rapide chapitre sur les diodes.


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