La diode
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• décrire la constitution d'une diode (jonction PN) et reconnaître ses bornes ;
• tracer la caractéristique I = f(U) d'une diode et la linéariser ;
• utiliser une diode électroluminescente (DEL) avec sa résistance de protection ;
• tracer la caractéristique d'une diode Zener et l'utiliser pour stabiliser une tension.
Prérequis : dipôles passifs, caractéristique d'un dipôle, loi des mailles, loi d'Ohm.
Situation de départ
Vous placez les piles à l'envers dans une lampe de poche à DEL : elle reste éteinte. Remises dans le bon sens, elle s'allume. Pourtant, une ampoule ordinaire brille quel que soit le sens des piles !
Quel composant, dans la lampe, ne laisse passer le courant que dans un seul sens ? Et comment le chargeur d'un téléphone fournit-il une tension bien fixe ?
I. Constitution d'une diode
Un semi-conducteur (silicium, germanium) n'est ni un bon conducteur ni un bon isolant. Si l'on y introduit une très faible quantité d'impuretés, opération appelée dopage, il conduit beaucoup mieux :
• dopé avec du phosphore, de l'arsenic ou de l'antimoine, il devient un semi-conducteur de type N ;
• dopé avec du bore, du gallium ou de l'indium, il devient un semi-conducteur de type P.
Une diode est formée d'une zone P et d'une zone N juxtaposées dans un même cristal : c'est une jonction PN. La borne reliée à la zone P est l'anode (A), celle reliée à la zone N est la cathode (K).
Une diode est une jonction PN à deux bornes : l'anode A (zone P) et la cathode K (zone N). Dans son symbole, la flèche (le triangle) indique le sens passant, de l'anode vers la cathode.
II. Caractéristique d'une diode de redressement
1. Un seul sens de passage
On monte en série un générateur, une diode, une lampe et un ampèremètre. Si l'anode est du côté de la borne + du générateur, la diode est polarisée en sens direct : le courant passe et la lampe brille. Si l'on retourne le générateur, la diode est polarisée en sens inverse : le courant ne passe plus.
2. Tracé de la caractéristique
On fait varier la tension U = UAK aux bornes de la diode à l'aide d'un générateur réglable (avec une résistance de protection en série) et on relève l'intensité I du courant, dans les deux sens de branchement.
• La caractéristique passe par l'origine : la diode est un dipôle passif.
• Ce n'est pas une droite : la diode est un dipôle non linéaire. Elle n'est pas symétrique par rapport à l'origine : le sens de branchement compte.
• En sens direct, le courant ne devient notable qu'au-delà de la tension seuil U0 (environ 0,6 V pour le silicium, 0,2 V pour le germanium) : la diode est passante.
• En sens inverse, le courant est pratiquement nul : la diode est bloquée. Sa résistance inverse est très grande (plusieurs mégaohms).
3. Linéarisation
Au-delà de U0, on remplace la courbe par une droite (Fig. 2). Pour I > 0, la diode se comporte alors comme une tension U0 en série avec une petite résistance directe Rd :
Une diode a pour tension seuil U0 = 0,60 V et pour résistance directe Rd = 5,0 Ω. Traversée par I = 40 mA, elle a entre ses bornes U = 0,60 + 5,0 × 0,040 = 0,80 V.
Pour un premier calcul, on considère parfois la diode comme idéale : tension seuil et résistance directe nulles. Passante, elle se comporte comme un interrupteur fermé ; bloquée, comme un interrupteur ouvert.
En sens inverse, il ne faut pas atteindre la tension de claquage UC indiquée par le constructeur : la diode de redressement serait détruite. Elle ne laisse passer le courant que dans un sens : on l'utilise pour le redressement du courant alternatif.
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