LA DIODE

Bonjour à toutes et à tous.

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La diode fait partie des composants les plus élémentaires… A première vue… Car elle peut être compliquée à mettre en œuvre si on veux l’exploiter dans tous ses domaines d’applications, qui vous allez le découvrir, sont nombreux et variés.
Elle fut inventée en 1904 par monsieur John Ambrose Fleming (1849-1945) sujet Britannique sous la forme de tube électronique (la diode, pas le sujet), une lampe quoi…

Physiquement, elle ressemble le plus souvent à une résistance, c’est donc un dipôle, et la s’arrête leur similarité, car contrairement à la résistance, c’est un dipôle dissymétrique (elle comporte un sens de branchement), elle est polarisée, sa cathode est baguée. On peut néanmoins en câbler certaines (conçues pour tirer bénéfice d’un effet particulièrement destructeur), en polarité inverse.
C’est un composant passif, même si je l’ai déjà vue classée dans les « actifs », puisque par définition, un composant actif est générateur de courant ce qui n’est pas son cas alors que son comportement est de type électronique et non électrique comme celui de la résistance. C’est le premier semi-conducteur à jonction cristalline dopée, avant l’arrivée révolutionnaire du transistor (qui lui doit certainement la vie), à l’intérieur on y trouve  une pastille de cristal, le plus souvent de silicium pur à l’origine, dont chacune des extrémités à été  « dopée » de manière différente.
Le dopage consiste à une piqure « polluer » ce minuscule barreau de cristal avec des impuretés de façon à créer une jonction entre deux zones coexistantes: N(égative) et P(ositive), avec un équilibrage électronique précaire. Attention, dans cette histoire nous sommes au niveau de la cuisine atomique (on pique un électron par ci, on fait un trou par la, on ionise ici… Et un électron change de bord…), ce qui fait que l’entière compréhension électronique de cet anodin composant n’est pas si simple et va jusqu’à l’étude des effets quantiques !!!… Je l’avoue sans honte, j’y comprend pas grand chose. Mais bonne nouvelle: son utilisation ne nécessite pas la compréhension de ce genre de sciences et ça tombe bien, le but de cet article n’étant pas de donner un cours de physique, j’ai assez donné à l’école et ailleurs, tout cela pour ne pas aller bosser dans un laboratoire de recherche… Si la torture des atomes (et du cerveau) vous intéresse, vous trouverez sur le net, nombre de preneurs de têtes patentés qui se font un plaisir de se mastu gargariser de choses qui bien souvent les dépassent. Certains vous gratifieront, à un moment variable des explications, d’un: « bon, je ne vais pas entrer dans les détails… », et souvent vu le départ, je vous le dis, vaut mieux pas. 🙂

Plus simplement, pour rendre la diode passante, il faut envoyer le jus dans le bon sens (dans l’autre, il faut insister beaucoup plus pour que ça passe… Et que ça casse),  ça polarise le cristal et les ions passent du coté négatif de sa jonction au coté positif en le rendant conducteur, le niveau de tension nécessaire au passage s’appelle le seuil de conduction (où bien seuil de polarisation, barrière de potentiel), il varie selon le type de cristal utilisé.

Vous l’aurez compris, son rôle principal est de ne laisser passer le courant que dans un seul sens, un clapet anti-retour en quelque sorte…
Si ce n’était que cela, nous pourrions en rester la, mais son insertion dans un circuit n’est pas neutre et il en existe beaucoup de types.
Pas neutre parce que ce composant demande un sacrifice assez important en terme de tension (une diode standard va vous facturer presque un volt). Par contre, sa résistance est pratiquement nulle, au point d’ailleurs que votre circuit se comportera en court-circuit si vous n’y mettez que des diodes…
Du coup, on pourrait écrire un bouquin la dessus, je vais me contenter de survoler le sujet histoire d’expliquer le principal.

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Son comportement :

dans le sens passant :

la diode est dite « passante » si la différence de potentiel entre son anode (+) et sa cathode (-) est supérieure à une certaine tension variable selon sa construction (entre 0,6 et 0,7V dans le cas d’une diode au silicium), tension qu’elle prélèvera d’ailleurs, ce qui signifie dans le cas de notre exemple que si vous envoyez une tension de 1V, vous aurez aux environs de 0,4V à la sortie de la diode et aux environs de 0,6V à ses pôles.

Dans le sens bloquant :

comme son nom l’indique, rien ne passera outre un courant de fuite négligeable de quelques nanoampères… Sauf si vous dépassez une certaine tension, auquel cas ce minuscule courant de fuite s’amplifiera brutalement. C’est « l’effet d’avalanche », en gros, il va se produire une réaction en chaine qui va amplifier le courant de manière exponentielle jusqu’à provoquer la destruction de la diode par la chaleur (effet joule).

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Une diode est caractérisée par :

sa tension de seuil, c’est la tension à partir de laquelle elle va laisser passer le courant, cette tension de seuil est liée au cristal utilisé pour sa fabrication.

Son Intensité maximale (ou courant direct), c’est l’intensité maximale qu’elle peut supporter dans le sens passant avant de passer de vie à trépas, ceci dit, elle peut supporter de brèves impulsions dépassant ce courant.

Sa tension inverse maximale (ou tension de claquage), c‘est la tension maximale qu’elle peut supporter dans le sens bloquant.

Sa vitesse de réponse, c’est sa vitesse de réaction, utile à connaitre si fonctionnement en hautes fréquences.

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A quoi servent-elles ?

les applications sont nombreuses, tellement d’ailleurs, que je ne vais pas les énumérer ici, pour être honnête, je ne les connais pas toutes, et pour cause: l’électronique me plait pour la même raison que la programmation, j’ai nommé l’inventivité.  Le plus souvent, une diode est utilisée pour :

– Redresser :

très utilisées pour bloquer les alternances non désirées d’une tension alternative en sortie d’un transformateur, (le fameux pont redresseur appelé aussi pont de Graetz).

– Détecter :

facile, la diode ne laissant passer que les signaux aux potentiels supérieurs à sa tension de seuil.

– Doubler, multiplier :

certains dispositifs multiplicateurs/redresseurs de tension alternative sont souvent appelés « pompes à diodes » parce qu’elles-y jouent un rôle capital, associées à des condensateurs comme dans les célèbres doubleurs de Latour et schenkel très usités encore de nos jours.

– Réguler :

à l’aide d’une Zener en sens bloquant.

– Aiguiller :

en les plaçant judicieusement, on évite par exemple l’activation intempestives de LEDs, de buzzers placés sur des chemins parallèles…

– Protéger :

il est clair, qu’inverser la polarité d’un circuit peut conduire à la destruction de composants et donc générer une panne. Une diode, permet la création d’un sens unique (en prélevant sa tension de seuil au passage), même chose en sortie de portes logiques de circuits intégrés qui ont horreur de se prendre des retours de tensions. On peut noter aussi que la protection peut-être aussi active en absorbant par exemple une surtension de self en provenance d’une bobine ce qui la rend souvent présente à proximité des relais et solénoïdes divers histoire de protéger le plus souvent un transistor en commutation.

Relier un panneau solaire à une batterie est devenu courant ( 🙂 j’aime bien ce genre de phrases)…  L’obscurité se faisant, les électrons vont repartir dans le sens inverse et le lendemain votre batterie sera vide, sauf si vous placez une diode (à faible tension de seuil si possible histoire de ne pas trop en bouffer à l’aller) sur leur chemin.

– Éclairer :

Les LEDs sont des diodes (à tension inverse très faible).

Et bien d’autres choses encore…

Voila pour ces quelques exemples d’utilisations, on peut aussi lui faire faire des choses comme simplement utiliser la chute de tension qu’elle induit en sens passant pour baisser légèrement la tension d’une partie d’un circuit en faisant attention quand même à vérifier les variations que peut subir la source d’alimentation.

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Les type de diodes :

c’est la qu’on se rend compte du vaste choix qu’elles offrent, quelques exemples:

• Zener : Stabilisatrice de tension, utilisée en avalanche inverse.
• Schottky : Véloce, très faible capacité, faible tension de seuil (0,2-0,3v).
• Varicap (Variable Capacity) : Se comporte en petit condensateur variable.
• Pin (Positive Intrinsic Negative) : Commutation hautes fréquences.
• Gunn : Commutation ultra et supra hautes fréquences.
• Tunnel : Encore un temps de commutation très court.
• Transil : Protectrice.
• THT : Pour la très haute tension.
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Il y en a beaucoup, vous ne vous servirez jamais de certaines sauf dans des cas très particuliers. Elles peuvent être assemblées de façon à les regrouper en un ensemble moins encombrant et plus facile à câbler, en réseau par exemple, broches toutes alignées.

Petit aparté pour la diode Zener, car elle est assez usitée, c’est une des rares conçues pour se monter dans le sens bloquant (elle est dopée à la mode d’un athlète made in RDA), donc à l’inverse de ses consœurs, et elle ne laissera passer les électrons,et sans claquer (enfin, si on respecte sa tension maxi), qu’à partir d’une certaine tension (tension de Zener du nom du physicien Clarence Zener) liée au seuil de la tension d’avalanche (sur les datasheet, VBR: Voltage Breakdown Reversed), puis reprendra son blocage quand la tension repassera sous ce seuil. Elle n’est pas la seule à exploiter l’effet d’avalanche mais la seule d’usage, disons général.

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Le marquage :

c’est le bordel au vu des différentes normes et différents types, je vous conseille d’aller à la pêche sur le web… Ou d’utiliser un testeur spécifique.

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Choisir une diode :

quelques calculs préalables s’imposent, du genre intensité qui va la traverser, tension inverse qu’elle va devoir supporter, temps de réponse… C’est quelquefois un peu galère car s’il existe tant de types de diodes, c’est bien parce que celle qui va vous arranger par sa faible tension de seuil, va par exemple vous poser un problème sur sa tension maxi en sens direct… Ou inverse… C’est pour cela que l’offre est vaste. Il existe d’ailleurs des kits bien conçus contenant les diodes les plus usitées. Et puis, bien souvent, l’ajout d’un autre type de composant dans le circuit, avant ou après la diode, arrange les choses (en augmentant la résistance d’un poil par exemple).

Ajoutons à cela qu’il est possible de les monter en série ou en parallèle, et ainsi obtenir divers comportements comme doubler la tension, la multiplier…

Tester une diode :

quand une diode « claque » elle se comporte en interrupteur ouvert… Ou pas… Et J’en ai même vu une se transformer en résistance… Beaucoup de variables sont en œuvre: son type, ses caractéristiques, ce qu’elle s’est pris dans la tronche, ou bien sa préférence liée à sa fabrication (et même l’addition du tout !), elle peut donc générer deux types de pannes différentes, Si elle se met en court-circuit elle va laisser passer presque un Volt supplémentaire dans le sens passant et ne s’opposera plus à un retour probable (la raison de sa présence) de tension. Le circuit en question va cesser de fonctionner normalement (voir même complètement) avec un effet domino fort possible qui ne va pas simplifier le dépannage…
Heureusement, il très facile de la tester avec un simple multimètre qui possède une fonction de test des diodes, il vous indiquera dans le sens passant, la tension de seuil, et rien dans le sens inverse. Si votre multimètre ne possède pas cette fonction, le test reste possible car en le plaçant en position ohmmètre, il vous donnera une valeur de résistance dans un des deux sens (valeur sans importance le principal étant le fait qu’elle n’existe que dans un seul sens). Aussi logique que cela puisse paraitre, n’utilisez pas le test de continuité intégré car pour des raisons de protection des composants présents sur les circuits à tester il ne dépassera pas la tension de seuil d’une diode standard (si oui, foutez moi ce truc à la poubelle !!!) Et vous déclarera mortes pratiquement toutes les diodes que vous lui présenterez.

Il existe d’autres moyens plus pratiques et vraiment pas chers :

• Les testeurs de composants basiques, à brancher sur une voie de votre oscilloscope, du même principe de celui intégré sur certains vieux oscilloscopes analogiques de marque HAMEG, ils représentent sous la forme d’une courbe, le comportement des composants face à une faible tension envoyée sur un des pôles et récupérée sur l’autre. C’est super pratique mais il faut posséder un oscillo…
• Les testeurs de composants à base de micro-contrôleurs, qui eux, en plus de l’affichage graphique de la connexion (vous permettant de connecter la diode sans vous soucier de sa polarité) vont vous donner certaines valeurs très utiles en cas de marquage devenu illisible, comme la tension de seuil, le courant de fuite, la capacitance…

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Conclusion :

pour en finir avec la diode, je n’aurais qu’un mot: respect ! C’est le genre de composant qui sous un aspect rudimentaire, est difficile à comprendre et quelquefois, à utiliser. Bien qu’elle ne soit pas présente en grand nombre sur les circuits sous sa forme élémentaire, il est rare de ne pas en voir au moins une. C’est un composant en général pas cher et très utile, surtout si vous faites beaucoup de montages comprenant une alimentation secteur intégrée.

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A bientôt.