Page sur les redresseurs

Hello visiteur mon site utilise des cookies pour les statistiques de fréquentation!

Page sur les redresseurs

Codage des diodes selon deux normes

La valeur des diodes peut être indiquée de plusieurs façons :
soit en clair selon un codage normalisé
soit en code de couleurs.

Affichage en clair, norme JEDEC ou Pro-Electron

Aucune difficulté pour lire la valeur de la diode, à moins bien sûr que la moitié des caractères ait été effacé avec le temps ou avec une lame . Globalement, deux normes pour deux types de dénomination :
Les diodes suivant la norme américaine commencent par 1N et se terminent par un numéro d'ordre .
Les diodes suivant la norme européenne commencent par deux ou trois lettres et se terminent également par un numéro d'ordre.

Affichage en code de couleurs

Le codage de la valeur de la diode est réalisé avec quatre anneaux de couleur. Parmi ces quatre anneaux, un ou deux sont plus larges que les autres, ce qui permet de savoir par où commencer la lecture. Le côté où se trouve le ou les anneaux les plus larges correspond à la cathode (K).

Un seul anneau est plus large que les autres ,nous sommes en présence d'une diode dont le marquage est normalisé selon un codage américain, et le nom de la diode commence toujours par 1N.

Deux anneaux sont plus larges que les autres,nous sommes en présence d'une diode dont le marquage est normalisé selon un codage européen, et le nom de la diode commence par trois (deux plus une) lettres.

Correspondance entre couleurs et valeurs

Notation composant

Notation "Pro-Electron" (nom commençant par la lettre A, B, C, ou R.)
Notation selon standard JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council (2N2222).
Notation japonaise, avec un nom commençant par xSx (2SAxxxx, 2SCxxxx), selon le standard JIS (Japanese Industrial Standard ).
Nom commençant par les trois lettres TIP (Texas Instrument Power).(TIP31A,TIP42)

Notation "Pro-Electron"

Format : 2 lettres, [lettre ], Numéro de série (ou Code série), [Suffixe ]:

R = [troisième lettre ]
F = seconde lettre
B = première lettre
Première lettre
La première lettre désigne le matériau utilisé pour la partie active du composant

Détail: A = Germanium (désormais très peu utilisé) ou autre matériau dont la bande interdite est comprise entre 0,6 et 1,0 eV.; B = Silicium (le plus couremment utilisé de nos jours) ou autre matériau dont la bande interdite est comprise entre 1,0 et 1,3 eV.; C = Arsenure de gallium ou autre matériau dont la bande interdite est supérieure à 1,3 eV.; D = Sels, tels que Sulfure de cadmium, Antimonide d'indium ou autre matériau dont la bande interdite est inférieure à 0,6 eV.; R = Matériaux composés (par exemple Sulfure de cadmium).Application principales : détecteur de radiations, cellules photos-conductives, générateurs / capteurs Hall.

Seconde lettre
La deuxième lettre désigne la fonction principale du composant (type / application)

Détail: A = Diode signal ou diode faible puissance.; B = Diode à capacité variable (Varicap).; C = Transistor BF (Basse Fréquence), petits signaux (faible puissance); D = Transistor BF de puissance; E = Diode à effet Tunnel; F = Transistor HF (Haute Fréquence), faible puissance; G = Dispositifs multiples composés d'élements dissemblables (oscillateurs ou réseaux de transistors, par exemple).; H = Diode pour mesure de champ magnétique (field probe); K = Composants à effet Hall; L = Transistor HF forte puissance; M = Multiplicateurs et modulateurs Hall; N = Optocoupleurs (appelés aussi photocoupleurs).; P = Photodiode, phototransistor, photo-resistance (LDR), Composant sensibles aux radiations / rayonnements; Q = Générateur de radiation / rayonnement (LED, par exemple); R = Dispositif de commande et de commutation (résistance thermique jb > 15K/W) faible puissance; S = Transistor de commutation faible puissance; T = Dispositif de commande et de commutation (résistance thermique jb < 15K/W), tels que triacs, thyristors forte puissance, diode Schottky, diodes PNPN; U = Transistor de commutation forte puissance; X = Diode multiplicatrice (varactor, diode de recouvrement); Y = Diode de redressement ou de récupération, forte puissance (souvent rapide); Z = Diode de référence ou de régulation de tension (par exemple Zener). Si 3ème lettre = W, alors diode d'écrêtage.

Détail: Code d'ordre; Le code d'ordre peut être composé de trois chiffres ou de une lettre suivie de deux chiffres :; 3 chiffres : nombre compris entre 100 et 999. Il n'existe pas de logique particulière pour l'attribution de ce numéro, qui reste à la "discretion" du fabricant. Ces trois chiffres indiquent qu'il s'agit d'un composant plutôt destiné au grand public.; Lettre + 2 chiffres : W, X, Y ou Z, suivie d'un nombre compris entre 10 et 99, Ce code indique qu'il s'agit d'un composant destiné aux applications professionnelles ou industrielles. La lettre L est réservée aux diodes LASER, la lettre T est réservée aux LEDs trois états ou trichromes, la lettre W est réservée aux diodes d'ecrêtage. Les autres lettres n'ont pas de signification précise.; Lettre complémentaire ]; Cette lettre, quand elle existe, indique une légère variation électrique ou mécanique par rapport au composant de base. Elle n'a pas de signification précise, excepté pour la lettre R qui indique toujours une polarité inverse.; Une sous-classification peut être utilisée pour des produits qui comportent plusieurs variantes. Ce suffixe dépend du composant :; Diode de référence et de régulation de tension (zener) : suffixe composé de 1 lettre et de 1 nombre.; La lettre définie la tolérance :A = 1% (série E96)
B = 2% (série E48)
C = 5% (série E24)
D = 10% (série E12)
E = 20% (série E6)
Le nombre indique la tension zener typique de travail. La lettre V remplace la virgule décimale (par exemple 5V1 pour 5,1V).; Diode d'écrêtage : suffixe composé de 1 nombre, qui défini la tension maximale inverse en continu (Vr). Comme pour la diode zener, la lettre V remplace la virgule décimale.; Diode de redressement et thyristor : suffixe composé de 1 nombre, qui indique la valeur de la tension inverse de crête répétitive maximale (Vrrm) ou la valeur de la tension de crête répétitive à l'état bloqué (Vdrm).; Détecteurs de radiation : un trait d'union (-) suivi d'un nombre indiquant la largeur de zone désertée en micromètres. Une lettre supplémentaire peut être ajoutée pour spécifier la résolution.; Réseau de générateurs et de détecteurs de rayonnements : une barre de fraction ( / ) suivie d'un nombre indiquant de combien d'élements est constitué le réseau.

Notation JEDEC

Format : Chiffre, Lettre, Numéro de série, [Suffixe ]
Exemples : 2N2222
Premier chiffre
Indique le nombre de connexions électriques effectives, moins une (le chiffre 2 indique qu'il y a 3 pattes). Les chiffres 4, 5 et 6 sont réservés aux optocoupleurs
Lettre
Il s'agit toujours de la lettre "N".
Numéro de Série
Le numéro de série peut prendre une valeur comprise entre 100 et 9999. Là non plus il n'existe pas de logique particulière pour l'attribution de ce numéro, qui reste à la "discretion" du fabricant. On peut cependant remarquer que l'ordre numérique correspond grosso-modo à l'ordre d'apparition dans le temps.
[Suffixe ]
Le suffixe indique la fourchette de gain (hFE) du transistor, comme pour la notation Pro-Electron :

Détail: A = gain faible; B = gain moyen; C = gain élevé; Rien (aucune lettre) = le gain peut être élevé, moyen ou élevé (transistor non trié par le fabricant)

Notation Japonaise:

Chiffre, 2 lettres, Numéro de série, [Suffixe ]
Exemples : 2SA494, 2SC690
Premier chiffre
Indique le nombre de connexions électriques effectives, moins une (le chiffre 2 indique qu'il y a 3 pattes).
2 - Pour un semiconducteur enregistré sous l'EIAJ, cette lettre est toujours un S
Sinon, je ne sais pas...
3 - Troisième lettre : Polarité et application (usage)
4 - Order d'application pour l'enregistrement EIAJ.
Le numéro de série peut prendre une valeur comprise entre 10 et 9999.
5 - Niveau (ou degré) d'amélioration
Un composant amélioré peut être utilisé en lieu et place d'un composant de la génération précédente, mais l'inverse n'est pas forcement possible.

Détail: A = Transistor PNP, haute frequence; B = Transistor PNP, basse fréquence; C = Transistor NPN, haute frequence; D = Transistor NPN, basse fréquence; E = Diode; F = Thyristor; G = Composant Gunn; H = Transistor UJT (Unijonction); J = FET ou MOS-FET Canal P; K = FET ou MOS-FET Canal N; M = Thyristor bi-directionel; Q = LED; R = Diode de redressement; S = Diode signal; T = ?; V = Diode Varicap; Z = Diode Zener

Redresseur à diodes

Convertir un courant alternatif en un courant unidirectionnel.

Il existe deux catégories de redresseurs, principalement utilisés en alternatif sinuso ïdal :

Les redresseurs mono alternance, pour les courants monophasés, ou triphasés.

Les redresseurs bi alternance, pour les courants monophasés, ou triphasés.

Principe de base :

Bloquer le passage du courant pour une alternance, pour les structures mono alternance.

Bloquer le passage du courant et le forcer à changer de direction pour chacune des alternances, pour les structures bi.alternance.

Rappel : Une diode est un dipôle semi-conducteur. qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens. Elle est caractérisée par le courant maximum supportable et par ses caractéristiques électriques Vd, Rd dans le sens passant, par la tension maximum supportable en inverse.

Symbole :

Redresseurs mono alternance.

Redresseur en monophasé :
Soit le montage :

Courbes obtenues:

Grandeurs caractéristiques :

Vs maxi = Ve maxi - Vd ( 0.7 Vd 1V ) Vs efficace Ve efficace / 2 Vs se mesure avec un voltmètre RMS ou ferromagnétique. Vs moyenne Ve maxi / π Vs moyenne se mesure avec un voltmètre positionné en

Il existe la possibilité pour une diode de supporter une brève surintensité car elle possède un produit i².t caractéristique ( i est la valeur de surintensité et t le temps maximum avant claquage ). Se référer aux documents constructeurs.

Redresseur en triphasé

Courbes obtenues :

Le neutre est souvent réuni à la terre, il est dangereux de toucher une phase, il y a risque d'électrocution indirecte. Il faut vérifier si cela est le cas.

Grandeurs caractéristiques :

Vs maxi = Ve maxi - Vd ( 0.7 Vd 1V ) Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs mini = Ve maxi / 2 - Vo Vs se mesure avec un oscilloscope. Les diodes conduisent à T / 6,3T / 6,5T / 6, 7T / 6 - Vs moyenne 1.013. Ve (eff) Vs moyenne se mesure avec un voltmètre positionné en DC Vs efficace Ve (eff) . 1.17 Vs efficace se mesure avec un voltmètre positionné en AC

Caractéristiques techniques requises pour la diode :

Etre capable de supporter :
Tension inverse ≈ Ve maxi √3 = Ve efficace * √6
car deux phases fournissent une tension composée :
Ve efficace entre phase et neutre * √3

L'intensité maximum traversant la charge.Il existe la possibilité pour les diodes de supporter une brève surintensité car elle possède un produit i².t caractéristique i est la valeur de surintensité et t le temps maximum avant claquage.

Redresseurs bi alternance.

Redresseurs monophasé bialternance:

Il existe deux montages de bases :
La structure à pont de GRAETZ et la structure à point milieu,dont les courbes caractéristiques apparaissent ci dessous.

Montage à pont de GRAETZ.

Grandeurs caractéristiques :

Vs maxi = Ve maxi - 2 . Vd(0.7 Vd 1V ) Deux diodes travaillent par alternance, Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs mini = 0V Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs efficace Ve maxi / √2 Vs efficace se mesure avec un voltmètre, RMS ou ferromagnétique. Vs moyenne = 2 * Ve maxi / π Vs moyenne se mesure avec un voltmètre, positionné en DC

Caractéristiques techniques requises pour la diode :

être capable de supporter;

Une tension inverse³ Ve maxi et l'intensité maximum traversant la charge.

Il existe la possibilité pour une diode de supporter une brève surintensité, car elle possède un produit i².t caractéristique ( i est la valeur de surintensité et t le temps maximum avant claquage ). Se référer aux documents constructeurs.

Redresseurs à point milieu.

Les résultats et courbes obtenus sont strictement identiques au montage précédent. Les différences sont :

Détail: Une seule tension Vd est à retrancher au lieu de deux.; Deux diodes au lieu de quatre. Le montage a été imaginé à partir du redresseur mono alternance monophasé.

La source doit fournir deux alimentations strictement identiques avec Ve.

Les deux Ve doivent être référencée à un point milieu commun.

Structure :

Grandeurs caractéristiques :

Vs maxi = Ve maxi -Vd (0.7 Vd 1V ) Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs mini = 0V Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs efficace Ve maxi / √2 Vs efficace se mesure avec un voltmètre, RMS ou ferromagnétique. Vs moyenne = 2 * Ve maxi / π Vs moyenne se mesure avec un voltmètre, positionné en DC

Caractéristiques techniques requises pour la diode

être capable de supporter :

Une tension inverse³ Ve maxi et l'intensité maximum traversant la charge.

Redresseurs Triphasé bi alternance :

Soit le montage suivant : ( Le neutre n'est pas utilisé )

Le neutre est souvent réuni à la terre, il est dangereux de toucher une phase, il y a risque d'électrocution indirecte. Il faut vérifier si cela est le cas.

Courbes obtenues

Grandeurs caractéristiques :

Vs maxi = (Ve maxi * √3) - 2 * Vo, Ve mesurée entre phase et neutre. Deux diodes travaillent par alternance., Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs mini 90 % de Vs maxi Vs se mesure avec un oscilloscope. Vs moyenne 3 * Ve maxi * √3 / π ≈ V entre phase * 0.95, Ve mesurée entre phase et neutre. Vs moyenne se mesure avec un voltmètre positionné en DC Vs efficace Vs moyenne Vs efficace se mesure avec un voltmètre positionné en AC, La tension de sortie peut être directement utilisée sans filtrage.

Caractéristiques techniques requises pour les diodes :

être capable de supporter :

Une tension inverse³ et l'intensité maximum traversant la charge.

Présentation

La diode zener (appelée aussi diode de régulation) se comporte un peu comme une diode classique, puisqu'elle conduit dans un seul sens (sens direct) dès que la tension présente à ses bornes dépasse la tension de seuil directe, qui est de l'ordre de 0,6 V. Mais là s'arrête la ressemblance, car une diode zener peut aussi conduire dans l'autre sens (sens inverse) dès que la valeur de la tension inverse dépasse un certain seuil, appelé tension de zener. C'est le cas aussi des diodes classique, allez-vous penser, sauf que pour ces dernières, on évite d'atteindre ce seuil de tension inverse, car la diode risque fort de claquer d'un coup et ce de façon irréversible. Alors que pour la diode zener, l'atteinte de la tension de zener est l'effet recherché.

Valeurs normalisées

Certaines diodes zener sont plus répendues que d'autres, c'est le cas par exemple de celles qui constituent la série BZX55C (série C, tolérance +/-5%). Les valeurs que l'on peut rencontrer dans cette catégorie sont celles de la série E24 de 2,4 V à 75 V. En fait, on trouve des valeurs allant plus bas (0,7 V) et bien plus haut (200 V ou plus). Celle de 0,7 V à la particularité de devoir être branchée "à l'envers" car elle fonctionne en sens direct.

Tolérance sur la tension affichée

La tolérance sur la tension zener est assez large, et une diode marquée 6,8 V peut très bien - à une même température ambiante de 25 °C - présenter une tension comprise entre 6,4 V et 7,2 V. De même, une zener marquée 82 V peut présenter une tension comprise entre 77 V et 87 V. La tolérance correspond normalement à la série E24 qui spécifie une précision de 5%. Normalement, les fabricants indiquent dans leurs documents techniques pour quel courant la tension affichée est valable.

Résistance interne (dynamique) de la diode

La résistance interne (dynamique) de la diode n'est pas nulle, et de ce fait la tension présente à ses bornes varie en fonction du courant qui la traverse. La valeur de cette résistance interne n'est pas fixe et dépend du courant qui traverse la diode, ainsi que de la fréquence du courant si ce dernier est "modulé" (à 1 kHz, la résistance dynamique est plus faible qu'en continu). Certains fabricants indiquent les diverses valeurs de résistance dynamique en fonction du courant et à une fréquence donnée. Par exemple résistance dynamique inférieure à 50 ohms à 1 kHz et inférieure à 1000 ohms en continu, avec un courant de 5 mA dans les deux cas.

Courant maximal

Quand on achète une diode zener, on ne voit que rarement la valeur maximal du courant qui peut la traverser. Au lieu de ça, le fabricant (et le revendeur) indiquent la tension et la puissance de la diode zener. C'est avec ces deux valeurs que l'on déduit le courant maximal, avec la formule suivante :Imax = Pmax / Uzener

Pour une diode zener de 12 V appartenant à une série de puissance 400 mW, le calcul du courant max donne ceci : Imax = 0,4 / 12 = 33 mA

Et pour une diode zener de 12 V appartenant à une série de puissance 1,3W, le calcul du courant max donne ceci : Imax = 1,3 / 12 = 108 mA

Ces valeurs sont des valeurs acceptées en régime continu. Si la diode est soudée sur le circuit avec des pattes restées assez longues et si cela dure peu de temps (10 ms au plus), le courant maximal peut atteindre une valeur double ou triple. Notons que comme le courant max dépend de la tension de zener, on aura tout naturellement dans une même série de puissance (par exemple 1,3 W) un courant max qui ira s'amenuisant au fur et à mesure que la tension zener augmente. Ainsi dans la même série BZX85C, une diode zener de 3,6 V accepte de fonctionner à un courant de 290 mA (2,6 A max pendant un temps très bref), alors qu'avec une diode zener de 62 V on ne doit pas dépasser 16 mA (180 mA max pendant un temps très bref).

Utilisation en régulation de tension

Une diode zener est principalement utilisée dans la régulation d'alimentation, où elle peut être utilisée en solitaire ou couplée avec un transistor de moyenne ou grosse puissance.

Régulation d'alimentation en solitaire

La diode zener peut être placée en parallèle sur les bornes d'alimentation, avec une résistance en amont destinée à limiter le courant qui peut la traverser (surtout quand rien n'est branché en sortie et que c'est la zener qui doit absorber tout le courant) :

Il s'agit de la façon la plus simple d'utiliser une diode zener pour réguler une tension, mais la résistance de limitation de courant R1 doit tenir compte :du courant qui traverse la zener : elle doit avoir une valeur assez faible pour que la diode fasse bien son boulot de régulation, mais pas trop faible cependant pour que la diode ne grille pas),du courant absorbé par la charge (le circuit alimenté).Ce type de circuit ne convient guère quand on ne connait pas le courant consommé en sortie, et encore moins quand le courant consommé peut varier dans de grandes proportions.

Régulation d'alimentation épaulée par un copain costaud

La diode zener peut aussi être associée à un "ballast" (transistor de puissance) pour augmenter le courant délivrable par l'alimentation :

Avec ce montage, le critère "courant de sortie" est bien moins critique, car les variations de courant en sortie sont répercutées avec un facteur de division égal au gain du transistor : par exemple, si le transistor à un gain en courant de 100, une variation de courant en sortie de 100 mA à 200 mA se traduit par une variation sur sa base réduite à une amplitude de 1 mA. Mais il faut tout de même penser à prendre en compte la chute de tension base-émetteur du transistor, qui est de l'ordre de 0,6 V (1,2 V s'il s'agit d'un transistor darlington). Si vous souhaitez obtenir une tension de sortie de 5 V avec un transistor bipolaire classique (2N1711 par exemple), vous devez utiliser une diode zener de 5,6 V (ça tombe bien, une telle diode existe). Si vous employez une diode zener de 12 V, la tension de sortie sera réduite à 11,4 V environ.

Rien ne vous empêche de câbler plusieurs diodes zener et d'en commuter une parmi toutes, pour bénéficier d'une tension de sortie "ajustable fixe", comme le montre le schéma suivant :

Facile à utiliser

mais pas parfaite ,la diode zener constitue un moyen simple de se faire une petite alimentation régulée, mais présente l'inconvénient majeur d'une mauvaise stabilité de sa tension nominale en fonction de la température ambiante et du courant qui la traverse. Elle convient donc aux montages dont la stabilité de la tension d'alimentation n'est pas critique (petit poste de radio par exemple) ou aux montages dont la consommation varie très peu. Des diodes zener de puissance sont parfois utilisées en parallèle sur les ampoules de certains deux roues motorisés équipés de batterie, pour les protéger des surtensions.

Régulation d'alimentation améliorée

Puisque la tension aux bornes d'une diode zener dépend dans une certaine mesure du courant qui la traverse, on peut faire en sorte que ce courant varie peu, même quand la tension en amont de la régulation varie beaucoup. Cela est possible grâce à l'emploi d'un générateur de courant constant, que l'on peut élaborer avec une paire de transistors bipolaires, avec un unique transistor FET ou encore avec un régulateur de tension intégré.

Le schéma qui suit montre un exemple d'une telle structure, avec un transistor à effet de champs (FET) de type 2N3819.

Ce type de montage fonctionne très bien, le courant traversant la diode zener est compris entre 5 mA et 15 mA, et dépend beaucoup du FET utilisé. En utilisant deux FET du même modèle provenant du même fabricant, vous pouvez relever des écarts importants. Mais celà n'est pas critique dans le cas présent, car l'important est que le courant reste stable, même si sa valeur n'est pas connue (ou prévisible) avec une grande précision. Un montage où le courant est plus facilement paramétrable et "prévisible" est présenté ci-après. Il met en oeuvre un régulateur de tension intégré de type LM317 monté en générateur de courant constant.

Comme la tension présente entre la borne de sortie du régulateur (borne 2) et son entrée Ajust (borne 1) est toujours de 1,25 V, le courant qui circule dans R1 ne dépend que de la valeur de cette résistance. Ainsi, si R1 vaut 120 ohms, le courant constant généré sera de :Iconst = 1.25 / 120 = 10 mA.

Avertissement

Sur les trois derniers montages proposés, qui font tous appel à un transistor de puissance, le courant consommé par le transistor lui-même au travers de sa connection de base, ne peut pas être ignoré, surtout si l'appareil à alimenter est gros consommateur de courant. Admettons que l'on utilise un transistor de puissance ayant un gain de 50, qui délivre via son émetteur un courant de 1 A, cela signifie que sa base absorbe un courant d'environ 20 mA.

Ce cas peut sembler extrême mais pourtant pensez donc bien à dimensionner le générateur de courant constant pour lui permettre de répondre aux besoins de la diode zener et du transistor. Autre chose : ce genre de calcul préalable s'applique pour une charge connectée en sortie en permanence. Si vous prévoyez un fort courant dans la base du transistor (fort par rapport au courant traversant la diode zener elle-même), pensez à ce que la diode devra subire si la charge se trouve déconnectée (suite à panne ou fusion fusible de protection).

La solution permettant de s'affranchir de ce genre de considération est d'utiliser un transistor à plus grand gain (un transistor darlington unique ou plusieurs transistors classiques montés en darlington). Dans ce cas, la répercussion du courant de sortie sur la base du "premier" transistor est moindre et les écarts possibles de courant, plus faibles, posent bien moins de problèmes. Mais bien entendu, la chute de tension "base-émetteur" devient plus importante et il faut là encore en tenir compte.

Autres usages

La diode zener peut aussi être employée là où une tension de référence est requise,dans la comparaison de tension par rapport à une ou plusieurs valeurs fixes, ou même dans la "soustraction" d'une tension.

Comparaison de tension

Employée avec un comparateur de tension (ou un AOP monté comme tel), la diode zener peut constituer une référence assez stable pour de nombreuses applications (indicateur de niveau batterie faible, ou indicateur de dépassement de seuil d'une tension sous surveillance, par exemple). Le schéma qui suit met en oeuvre une diode zener (D1) comme tension de référence :

"Soustraction" d'une tension

Une zener placée en série dans un circuit, peut permettre de décaller une tension fixe ou variable. Il faut bien évidement que la tension à "atténuer" présente une amplitude suffisante par rapport à la tension de zener, à moins que l'effet recherché soit de "couper" le signal en dessous d'un certain seuil. La diode zener peut dans le même esprit, empêcher le déclanchement d'une circuiterie lorsqu'une tension de commande présente une tension de repos trop importante.

Par exemple, une tension de commande de 2,5V au repos et de 12V au travail, peut être rammenée à une tension de 0V au repos et de 8,7V au travail, en mettant en série une diode zener de 3V3 (en la branchant dans le sens inverse, car dans le sens direct, la chute de tension ne serait que de 0,6V). Le schéma qui suit met en oeuvre une diode zener (D1) comme soustracteur de tension :

Dans ce montage, la tension en "sortie" de la diode zener (sur la base de Q1) est égale à la tension appliquée sur son "entrée" (curseur de RV1), à laquelle on soustrait la valeur de la tension zener.

Présentation

Une diode est un composant dit actif, qui fait partie 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 electrodes, une anode et une cathode. La cathode (parfois appelée K, pour Kathode) est localisée par un anneau de repérage.

Une diode ne laisse pas passer le courant de la même façon selon qu'on la branche dans un sens ou dans l'autre . 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.

Principales caractéristiques d'une diode

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.

La 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. 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.

La diode utilisée ici est une diode classique dite de commutation, modèle 1N4148. La chute de tension qu'elle introduit est de quelques dizièmes de volts, quand le courant qui la traverse est de quelques mA.

La diode utilisée ici est une diode classique dite de redressement, modèle 1N4007. La chute de tension qu'elle introduit est de l'ordre du volt, quand le courant qui la traverse est de quelques centaines de mA.

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 milli-ampères ou de plusieurs ampères.

La 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.

Le 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 brêve) bien supérieure au courant maximal.

Diodes THT

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 :

Diode de détection

Les diodes de détection sont 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.

Diodes en réseau

Plusieures diodes sont montées dans un même boitier.

Soit elles sont completement 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.

Diode zener

Les diodes zener sont principalement utilisées pour la régulation de tension d'alimentation.

Diodes de référence de tension

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, notement dans la mesure de température ou plus simplement encore de tensions (voltmètres).

Diode Varicap

Représentation symbolique d'une diode varicap

Une diode varicap (de l'anglais variable capacity), aussi nommée varactor (acronyme de variable reactor) ou encore diode à capacité variable est un type de diode qui présente la particularité de se comporter comme un condensateur dont la valeur de la capacité varie avec la tension inverse appliquée à ses bornes. Cette diode peut être considérée comme un condensateur variable. Ce type de diode est souvent utilisée dans des montages radio-fréquence (RF) mais aussi pour des applications à très hautes fréquences.

Fonctionnement

Lorsque la diode varicap est polarisée en inverse (sens bloqué), elle fonctionne comme un condensateur dont la capacité est ajustable en fonction de la tension (négative) appliquée sur la diode. Cela résulte de la variation de la zone de déplétion (ou zone de charge d'espace) en fonction de la tension aux bornes de la diode, car la variation de la largeur de cette zone entra îne une variation de la capacité de la diode. Généralement, la largeur de la zone de déplétion est proportionnelle à la racine carrée de la tension appliquée et la capacité est inversement proportionnelle à cette largeur. Ainsi la capacité de la diode est inversement proportionnelle à la racine carrée de la tension appliquée.

Toutes les diodes ont plus ou moins cette propriété, mais les diodes varicap sont optimisées de manière à obtenir la capacité désirée et une bonne variabilité de celle-ci. Alors que dans une diode classique la capacité est réduite au maximum.

Cependant toutes les diodes varicaps ne sont pas des diodes. En technologie CMOS, les varicaps peuvent être formées de manière semblable aux transistors NMOS. C'est-à-dire avec une région fortement dopée positivement (P+) placée à l'intérieur d'une zone faiblement dopée négativement (NWELL), ce type de varicap présente une capacité semblable à celle des transistors NMOS; ceux-ci comportent une zone fortement dopée négativement (N+) située à l'intérieur d'une zone faiblement dopée positivement (PWELL) de manière à former une jonctionP-N.

Utilisations

Les diodes varicap sont utilisées dans les circuits d'accord des récepteurs radios et des téléviseurs : elles permettent de faire varier la capacité du circuit d'accord, et donc sa fréquence de résonance, en changeant la tension de commande appliquée sur la diode (qui provient d'un potentiomètre connecté en général entre le pôle + et le pôle - de l'alimentation).

Dans les récepteurs superhétérodynes, elles sont à la fois utilisées dans le circuit d'accord de l'étage d'entrée et dans le circuit d'accord de l'oscillateur local.

Les diodes varicap ont progressivement remplacé les condensateurs variables :

Détail: elles sont beaucoup plus petites,; elles sont moins coûteuses,; elles ne s'usent pas (contrairement au condensateur variable qui s'use lors du déplacement des lames).

Elles permettent de réaliser des récepteurs à affichage numérique : la tension de commande provient d'une conversion numérique-analogique de la fréquence choisie.

Elles ont un petit inconvénient : pour couvrir une bande large, comme la bande FM (88-108 MHz), elles nécessitent une variation de tension élevée (typiquement 28 V). Pour obtenir cette tension à partir de la tension d'alimentation du récepteur (souvent 9 ou 12 V), on peut utiliser un convertisseur à pompe de charge).

Ce type de diode est fréquemment utilisée dans des montages RF pour effectuer une modulation de fréquence, ou assurer un accord . 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, il est nécessaire d'utiliser deux diodes varicap montées tête-bêche,qui doivent posséder des caractéristiques proches. Certains constructeurs proposent ainsi des diodes doubles ou appairées, et où la différence de capacité entre les deux diodes n'excède pas 2,5%

Diode de protection

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'inconvenient 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.

Diode Electro-Luminescente (LED ou DEL)

Une LED est une diode qui émet des radiations visibles.

Photo-diode

ce type de diode est assimilable aux cellules photo-résistantes, dans le sens ou elle est plus ou moins conductrice selon l'intensité de la lumière qu'elle recoit. Elle peut se trouver sous forme d'un composant discret à deux pattes, ou être intégrée dans un opto-coupleur.

La photo-diode PIN est une photo-diode ultra-rapide principalement utilisée dans le domaine de l'optique (infra-rouge notemment).

Diode Tunnel

La diode tunnel ou diode Esaki est obtenue à partir d'une couche P dégénérée (N_A > 10¹⁹ cm^-3) et d'une couche N dégénérée (N_D > 10¹⁹ cm^-3). La jonction P⁺N⁺ ainsi obtenue doit être très abrupte et la ZCE présente une épaisseur très faible (qq dizaines d'A°).

Dans ces conditions des porteurs peuvent traverser la barrière de potentiel par effet tunnel. L'analyse précise cet effet nécessite la connaissance de la mécanique quantique :

Pour obtenir un effet tunnel il faut que:

Détail: le niveau de FERMI soit situé dans la BdV du côté P et dans la BdC du côté N; l'épaisseur de ZCE soit petite pour que la probabilité de passage par effet tunnel soit suffisante; à la même énergie des électrons soient disponibles dans la BdC et des trous dans la BdV.

Considérons une diode P⁺N⁺ non polarisée à 0 K. Cette température est choisie car tous les niveaux en dessous du niveau de FERMI sont occupés, tous les niveaux au dessus sont vides (figure a). Dans ces conditions, il n'y a pas d'effet de jonction. le courant qui traverse la barrière est nul car le nombre d'électrons qui vont de P vers N est le même que le nombre d'électrons qui vont de N vers P.

En polarisation inverse (figure b), le courant tunnel créé par les électrons qui vont de P vers N est important, la diode ne bloque pas, le courant inverse est important.

Pour les faibles tensions directes (figure c), le courant tunnel est engendré par les électrons qui vont de N vers P. Mais au fur et à mesure que la tension directe augmente, les niveaux occupés dans la BdC vont se retrouver devant des niveaux de la BI, le courant tunnel va diminuer (figure d).

Pour les tensions directes intermédiaires, les niveaux occupés de la BdC se retrouvent tous devant des niveaux de la BI et le courant tunnel se tarit (figure e). La seule possibilité pour les électrons de rejoindre le côté P de la jonction est de franchir la barrière de potentiel, on se retrouve dans la cas classique de la jonction PN polarisée en direct.

Pour les tensions directes classiques, le courant tunnel est complètement disparu mais le courant de diffusion est maintenant notable et on retrouve la forme caractéristique de la polarisation directe.

La caractéristique I(V) de ce dispositif présente donc sur une petite gamme de tensions directes une pente négative (le courant diminue quand la tension augmente). La diode tunnel présente une résistance différentielle négative (RDN).

Comme le temps de transit par effet tunnel dans la ZCE est très petit, la RDN est indépendante de la fréquence, la diode ESAKI est très utilisée pour la réalisation d'oscillateurs, de multivibrateurs, de circuits logiques rapides et d'amplificateurs hyperfréquences faible bruit.

Diode Backward

Appelée aussi diode Unitunnel. 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 utilisée pour le redressement de signaux de faible amplitude et très haute fréquence

Diode Schottky

Une diode Schottky est une diode qui a un maximum de tension directe très bas et un temps de commutation très long. Ceci permet la détection des signaux HF faibles et hyperfréquences, la rendant utile par exemple en radioastronomie. On l'utilise aussi pour sa capacité à laisser se décupler de relativement fortes intensités pour le redressement de puissance.

Historique

L'ancêtre de la diode Schottky utilisait deux matériaux "naturels" (une pointe d'acier et un cristal de galène), dans le poste à galène.

Parmi les diodes Schottky les plus courantes, on trouve la 1N5817, et des jonctions metal-semiconducteur Schottky sont présentes dans les composants logiques des familles 74S, 74LS, 74F et 74AF pour leur vitesse de commutation élevée et leur faible chute de tension.

Description et caractéristiques

Une diode Schottky utilise une jonction metal-semiconducteur (au lieu d'une jonction p-n comme les diodes conventionnelles). Alors que les diodes standard en silicium ont une tension de seuil d'environ 0.6 volt, les diodes Schottky ont une tension de seuil (pour un courant de polarisation directe d'environ 1 mA) dans la gamme de 0.15V à 0.45 V, ce qui les rend utiles en limitation de tension et en prévention de saturation des transistors. Elles sont également très appréciées comme diodes de commutation (électronique de puissance) du fait de l'absence totale de phénomène de recouvrement inverse de charge.

Les inconvénients de ces diodes par rapport aux diodes à jonction p-n sont une tension de claquage en inverse plus faible, un courant en polarisation inverse plus élevé, ainsi qu'une plage de fonctionnement en température moins importante. Malgré les progrès effectués, ces diodes sont donc plus fragiles dans ces conditions

Protection statique (ESD)

Une utilisation courante des diodes Shottky est de protéger les entrées des composants sensibles aux décharges électrostatiques. Dans ce montage, deux diodes en série entre le plus et la masse avec l'entrée à protéger connectée entre les deux diodes permet de limiter la tension sur l'entrée à Vcc+Vseuil et GND-Vseuil. Leur faible tension de seuil et leur rapidité de commutation les rendent intéressantes pour ce genre d'applications. Cependant, elles ne protègent pas contre des évènements de l'ordre de la nanoseconde ou moins.

Diode Gunn

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

Diode Pin

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

Diode régulatrice de courant

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

Diac

Un diac est une diode symétrique constituée de deux diodes de type Shockey montées tête-bêche, et présente la caréctéristique 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 gachette d'un thyristor ou d'un triac

Plusieurs symboles ont été utilisés pour représenter un diac. Le symbol actuellement utilisé est celui le plus à droite des trois représentés à gauche. Ce dernier est parfois entouré d'un cercle.

Un diac ne possède pas d'inscription sur son corps. On le reconnait par une petite bande (anneau) en plein milieu du composant. A comparer avec une diode dont l'anneau est placé plus près d'une extrémité.

Thyristor et Triac

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

Haut de page