Diode

Histoire

Les premiers types de diodes étaient appelés valves Fleming. C'étaient des tubes à vide. Elles se trouvaient à l'intérieur d'un tube de verre (un peu comme une ampoule). À l'intérieur de l'ampoule de verre, il y avait un petit fil métallique et une grande plaque de métal. Le petit fil métallique chauffait et émettait de l'électricité, qui était captée par la plaque. La grande plaque de métal n'était pas chauffée, donc l'électricité pouvait passer dans un sens par le tube mais pas dans l'autre. Les vannes Fleming ne sont plus beaucoup utilisées car elles ont été remplacées par des diodes semi-conductrices, plus petites que les vannes Fleming. Thomas Edison a également découvert cette propriété en travaillant sur ses ampoules.

Construction

Les diodes à semi-conducteurs sont constituées de deux types de semi-conducteurs reliés entre eux. L'un d'entre eux comporte des atomes avec des électrons supplémentaires (appelé la face n). L'autre type a des atomes qui veulent des électrons (appelés côté p). De ce fait, l'électricité circule facilement du côté où il y a trop d'électrons vers le côté où il y en a trop peu. Cependant, l'électricité ne circulera pas facilement dans le sens inverse. Ces différents types sont fabriqués par dopage (semi-conducteur). Le silicium dans lequel est dissous de l'arsenic constitue un bon semi-conducteur de type n, tandis que le silicium dans lequel est dissous de l'aluminium constitue un bon semi-conducteur de type p. D'autres produits chimiques peuvent également fonctionner.

Le connecteur du côté n s'appelle la cathode, le connecteur du côté p s'appelle l'anode.

Structure d'une diode à tube

Fonction d'une diode

Tension positive du côté p

Si vous donnez une tension positive au côté p et une tension négative au côté n, les électrons du côté n voudront aller à la tension positive du côté p et les trous du côté p voudront aller à la tension négative du côté n. De ce fait, le courant peut circuler, mais il faut une certaine tension pour le faire démarrer (une très faible tension ne suffit pas pour faire circuler le courant électrique). C'est ce que l'on appelle la tension d'enclenchement. La tension d'enclenchement d'une diode au silicium est d'environ 0,7 V. Une diode au germanium a besoin d'une tension d'enclenchement d'environ 0,3 V.

Tension négative du côté p

Si vous donnez plutôt une tension négative au côté p et une tension positive au côté n, les électrons du côté n veulent aller vers la source de tension positive au lieu de l'autre côté de la diode. La même chose se produit du côté p. Ainsi, le courant ne circulera pas entre les deux côtés de la diode. L'augmentation de la tension finira par forcer le courant électrique à circuler (c'est la tension de rupture). De nombreuses diodes seront détruites par un flux inversé, mais certaines sont fabriquées pour y survivre.

Influence de la température

Lorsque la température augmente, la tension d'enclenchement diminue. Cela facilite le passage de l'électricité à travers la diode.

Types de diodes

Il existe de nombreux types de diodes. Certaines ont des utilisations très spécifiques et d'autres ont des utilisations variées.

Symboles

Voici quelques symboles courants de diodes à semi-conducteurs utilisés dans les schémas :

Diode	Diode Zener	Diode Schottky	Diode tunnel
Diode électroluminescente	Photodiode	Varicap	Redresseur contrôlé au silicium

Diode redresseuse standard

Cela transforme la climatisation (courant alternatif, comme une prise murale dans une maison) en courant continu (courant continu, utilisé en électronique). La diode redresseuse standard a des exigences spécifiques. Elle doit supporter un courant élevé, être peu affectée par la température, avoir une tension de coupure basse et supporter des changements rapides dans le sens de circulation du courant. L'électronique analogique et numérique moderne utilise de tels redresseurs.

Diode électroluminescente

Une LED produit de la lumière lorsque de l'électricité la traverse. C'est un moyen plus durable et plus efficace de créer de la lumière que les ampoules à incandescence. Selon la façon dont elle a été fabriquée, la LED peut produire différentes couleurs. Les LED ont été utilisées pour la première fois dans les années 1970. La diode électroluminescente pourrait éventuellement remplacer l'ampoule à incandescence, car la technologie en développement la rend plus brillante et moins chère (elle est déjà plus efficace et dure plus longtemps). Dans les années 1970, les LED ont été utilisées pour afficher des chiffres dans des appareils tels que les calculatrices, et comme moyen de montrer que l'électricité était allumée pour les gros appareils.

Photodiode

Une photodiode est un photodétecteur (l'opposé d'une diode électroluminescente). Elle réagit à la lumière qui entre. Les photodiodes ont une fenêtre ou une connexion par fibre optique, qui laisse entrer la lumière dans la partie sensible de la diode. Les diodes ont généralement une forte résistance ; la lumière réduit cette résistance.

Diode Zener

Une diode zener est comme une diode normale, mais au lieu d'être détruite par une grosse tension inverse, elle laisse passer l'électricité. La tension nécessaire pour cela est appelée tension de claquage ou tension Zener. Comme elle est construite avec une tension de claquage connue, elle peut être utilisée pour fournir une tension connue.

Diode Varactor

La diode varicap ou varactor est utilisée dans de nombreux appareils. Elle utilise la région entre le côté p et le côté n de la diode où les électrons et les trous s'équilibrent. C'est ce qu'on appelle la zone d'appauvrissement. En modifiant la quantité de tension inverse, la taille de la zone d'appauvrissement change. Il y a une certaine capacité dans cette zone, et elle change en fonction de la taille de la zone d'appauvrissement. C'est ce qu'on appelle la capacité variable, ou varicap en abrégé. Elle est utilisée dans les PLL (boucles à verrouillage de phase) qui servent à contrôler la fréquence à laquelle une puce fonctionne à grande vitesse.

Step-Recovery-Diode

Le symbole est celui d'une diode avec une sorte d'accroc. Il est utilisé dans les circuits à hautes fréquences jusqu'à GHz. Elle s'éteint très rapidement lorsque la tension d'alimentation s'arrête. Pour ce faire, elle utilise le courant qui circule après l'inversion de la polarité.

Diode PIN

La construction de cette diode comporte une couche intrinsèque (normale) entre les faces n et p. À des fréquences plus lentes, elle agit comme une diode standard. Mais à des vitesses élevées, elle ne peut pas suivre les changements rapides et commence à agir comme une résistance. La couche intrinsèque lui permet également de gérer des puissances élevées et peut être utilisée comme une photodiode.

Diode Schottky

Son symbole est celui de la diode, avec un "S" au sommet. Au lieu que les deux faces soient un semi-conducteur (comme le silicium), une face est en métal, comme l'aluminium ou le nickel. Cela réduit la tension d'enclenchement à environ 0,3 volt. C'est environ la moitié de la tension de seuil d'une diode habituelle. La fonction de cette diode est qu'aucun porteur minoritaire n'est injecté - la face n n'a que des trous, pas d'électrons, et la face p n'a que des électrons, pas de trous. Comme elle est plus propre, elle peut réagir plus rapidement, sans capacité de diffusion qui pourrait la ralentir. Elle crée également moins de chaleur et est plus efficace. Mais il y a des fuites de courant avec une tension inverse.

Lorsqu'une diode passe d'un courant mobile à un courant non mobile, on parle de commutation. Il faut des dizaines de nanosecondes à une diode typique ; cela crée un certain bruit radio, qui dégrade temporairement les signaux radio. La diode Schottky commute en une petite fraction de ce temps, moins d'une nanoseconde.

Diode tunnel

Dans le symbole de la diode tunnel, il y a une sorte de crochet supplémentaire à la fin du symbole habituel.

Une diode tunnel est constituée d'une jonction pn fortement dopée. En raison de ce dopage élevé, il n'y a qu'un espace très étroit où les électrons peuvent passer. Cet effet tunnel apparaît dans les deux sens. Après le passage d'une certaine quantité d'électrons, le courant à travers l'espace diminue, jusqu'à ce que le courant normal à travers la diode à la tension de seuil commence. Cela provoque une zone de résistance négative. Ces diodes sont utilisées pour traiter les très hautes fréquences (100 GHz). Elles sont également résistantes aux radiations, c'est pourquoi elles sont utilisées dans les vaisseaux spatiaux. Elles sont également utilisées dans les micro-ondes et les réfrigérateurs.

Diode arrière

Le symbole comporte à l'extrémité de la diode un signe qui ressemble à un grand I. Il est similaire à la diode tunnel, mais les couches n et p ne sont pas aussi dopées. Elle permet au courant de circuler à l'envers avec de petites tensions négatives. Elle peut être utilisée pour redresser les basses tensions (moins de 0,7 volt).

Redresseur commandé par le silicium (SCR)

Au lieu de deux couches comme une diode normale, celle-ci a quatre couches, il s'agit en fait de deux diodes assemblées, avec une grille au milieu. Lorsque la tension passe entre la grille et la cathode, le transistor inférieur s'allume. Cela permet au courant de passer, ce qui active le transistor supérieur, et le courant n'aura plus besoin d'être activé par une tension de grille.