Diodes jonction et Zener

1/13
Prof. H. Cisse Théodore, Année scolaire 2012-2013
ETUDE DES COMPOSANTS DE BASE :
Diode à jonction, la diode Zener
A°) DIODES A JONCTION
I°) Introduction :
La diode est le composant électronique de base : on ne peut pas combiner du
silicium dopé plus simplement. Son fonctionnement macroscopique est celui d'un
interrupteur commandé par une tension (Vd) qui ne laisse passer le courant que dans un
seul sens.
Cette propriété lui ouvre un champ d'applications assez vaste en électronique dont les
plus courantes sont :
- Le redressement du courant alternatif issu du secteur ;
- 
source de tension quasi idéale.
La fonction diode a existé bien avant l'arrivée du silicium : on utilisait alors des
diodes à vide (les lampes ou tubes, voir Figure 1) dont le fonctionnement était basé sur
l'effet thermoélectronique. Le silicium a apporté une amélioration de la fiabilité du
composant, une réduction de son encombrement, une plus grande simplicité
d'utilisation et une réduction de prix.
Figure 1 : Diode « tube »
Ch. II
paramètres (concentration en impureté, géométrie de la jonction, etc.) on obtient des
composants diversifiés utilisables dans de nombreux domaines dont le classement succinct
est le suivant :

2/13
Prof. H. Cisse Théodore, Année scolaire 2012-2013
o Diodes de redressement classique,
o Diodes à avalanche contrôlée,
o Diodes rapides de commutation et de récupération,
o Diodes haute tension, etc.
Diodes de signal dans le domaine général
o Diodes rapides
1
o Diodes à faible courant de fuite, etc.
Diodes utilisées en avalanche inverse
o Diodes stabilisatrices de tension (diodes « Zener »),
o Diodes de référence,
o Diodes de protection, etc.
o Diodes tunnel et backward,
o Diodes Schottky,
o Diodes varicap,
o Diodes PIN,
o Diodes gunn,
o Diodes Impatt, etc.
o Diodes électroluminescentes LED,
o Diodes laser,
o Photodiodes,
o Photopiles,
o Cellules photovoltaïques, etc.
Autres dispositifs
o Thermistance,
o Varistances,
o Cellules photorésistantes,
o Cellules de Hall, etc.
Dans les pages qui suivent, nous nous intéresserons seulement aux diodes de
redressement et aux diodes Zener.
II/ Etude de la diode à jonction
-
PN est la diode à semi-conducteurs dont la représentation est la suivante :
1
Les diodes rapides de signal peuvent travailler à des fréquences élevées aussi bien en régime de
p

3/13
Prof. H. Cisse Théodore, Année scolaire 2012-2013
1) Symbole
2)  : Polarisation directe
La caractéristique
()U f I
aux bornes de la diode montre deux régions : la
région directe (diode montée en direct) et la région inverse (diode montée en inverse).
Vs
Rs
A
V
Région inverse
Anode
(A couché)
Cathode
(K renversé)
I
I
U
Coude = 0,7 V
- BV
Courant
inverse
Claquage
Région directe

4/13
Prof. H. Cisse Théodore, Année scolaire 2012-2013
En 
exponentielle puis tend à devenir linéaire. Le courant reste négligeable tant que la
tension VAK 
On démontre que la caractéristique est de la forme I= Is.[exp(v/[kT/q])-1]
e: charge électrique 1,6 10-19C; k : constante de Boltzmann 1,38 10-23 J/K, T :
température en Kelvin (T=t°c+273)
En posant UT = =26 mV à 27 °c (tension thermodynamique); I=Is [exp(v/UT)-1]
3) Polarisation inverse : courant inverse
Le courant augmente très lentement avec la tension inverse. Cet effet est dû à un
mauvais isolement de la jonction donnant naissance à des courants de fuite. Au-delà
claquage de la jonction.
En polarisation 
petit courant ci
continûment un  libres et de
trous des deux côtés de la jonction. Les porteurs minoritaires créent un petit courant
dans le circuit. Le courant inverse causé par les porteurs minoritaires 
de saturation, son symbole est
S
I
de la température peut augmenter
S
I
.
Pour les diodes au Silicium
S
I
double tous les 10°C et pour le Germanium tous les 6°C.
En plus du courant inverse dans le cristal, il existe un petit courant à la surface du cristal.
pureté superficielle.
SL
I
(Surface leakage = pureté superficielle). Les puretés superficielles créent des chemins
ohmiques pour le courant et causent ISL
On regroupe
SL
I
et
S
I
en un seul courant appelé courant inverse
R
I
(Reverse)
i
Vs
Rs

5/13
Prof. H. Cisse Théodore, Année scolaire 2012-2013
S
I
sensible à la température
R
I
sensible à la T° et à la tension
SL
I
sensible à la tension
Exemple : Diode 1 N 914 Si VR=20V, TA=25°C alors IR=25nA.
Les concepteurs choisissent une diode à courant inverse suffisamment petit pour être
ignoré dans une application particulière.
4) Tension de claquage
la
tension de claquage de la diode.
BV = (Breakdown voltage = tension de claquage)
Habituellement, la tension de claquage des diodes de redressement est supérieure à 50 V.
Une fois la tension de claquage atteinte, la diode conduit fortement.
polarisation inverse est grande, plus la vitesse est grande, autrement dit son énergie
augmente. 
e
agrandit En raison du nombre
e
libres, la diode conduira fortement et sera détruite par une dissipation
excessive.
Le concepteur choisit délibérément une diode à tension de claquage supérieure à la
tension inverse nominale escomptée en fonctionnement normal.
5) Tension de coude (polarisation directe)
Dans le cas de la polarisation directe, la diode ne conduit pas fortement tant
iel V0 (0,7 V pour le Silicium).
Au-delà de 0,7 V, une petite augmentation de la tension produit une forte augmentation
du courant (0,3 v pour le Germanium).
la tension de
coude.
I
U
Caractéristique
directe