Exposé - Diode à jonction et applications

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SOMMAIRE
Introduction ....................................................................................................... 2
Chapitre I : Structure physique de la diode ....................................................... 3
1.1. Définition et constitution ........................................................................ 3
1.2. La zone de déplétion .............................................................................. 3
1.3. Électrodes de la diode ............................................................................ 4
Chapitre II : Fonctionnement et caractéristique électrique ............................... 5
2.1. Polarisation directe ................................................................................. 5
2.2. Polarisation inverse ................................................................................ 5
2.3. Caractéristique I = f(V) .......................................................................... 6
2.4. Modèle simplifié de la diode .................................................................. 6
Chapitre III : Applications — Redressement .................................................... 7
3.1. Principe du redressement ....................................................................... 7
3.2. Redresseur mono-alternance .................................................................. 7
3.3. Redresseur double alternance — Pont de Graetz ................................... 8
3.4. Filtrage et lissage .................................................................................... 8
Chapitre IV : Applications — Régulation et protection ................................... 9
4.1. La diode Zener — Régulation de tension .............................................. 9
4.2. Protection contre les surtensions ............................................................ 9
4.3. Détecteur et démodulateur ................................................................... 10
Chapitre V : Autres types de diodes ................................................................ 11
5.1. Diode LED (Light Emitting Diode) ..................................................... 11
5.2. Photodiode ............................................................................................ 11
5.3. Diode varicap (varactor) ...................................................................... 12
5.4. Diode Schottky ..................................................................................... 12
Conclusion ....................................................................................................... 12
Bibliographie et Références ............................................................................ 13
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Introduction
La diode à jonction est l'un des composants électroniques les plus
fondamentaux et les plus utilisés en électronique analogique. Découverte au
début du XXᵉ siècle, elle constitue aujourd'hui la brique de base de nombreux
circuits : alimentation, détection de signal, protection, régulation de tension et
bien d'autres.
Son principe repose sur la jonction entre deux types de semi-conducteurs,
formant une « barrière de potentiel » qui autorise le passage du courant dans
un sens et le bloque dans l'autre. Cette propriété de « valve électrique » lui
confère un rôle central dans la conversion et la gestion de l'énergie électrique.
Cet exposé a pour objectif de présenter, de manière claire et structurée à
destination d'étudiants en deuxième année de licence, les principes physiques
de la diode à jonction, son comportement électrique et ses principales
applications pratiques dans les circuits analogiques.

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Chapitre I : Structure physique de la diode
1.1. Définition et constitution
Une diode à jonction est un composant semi-conducteur constitué de deux
régions de nature différente :
• La région P (positive) : dopée avec des impuretés acceptrices (exemple
: bore dans le silicium). Elle contient majoritairement des trous (lacunes
électroniques).
• La région N (négative) : dopée avec des impuretés donneuses (exemple
: phosphore dans le silicium). Elle contient majoritairement des électrons
libres.
La zone de contact entre ces deux régions est appelée jonction PN. C'est à cet
endroit que se forment les phénomènes physiques responsables du
comportement rectificateur de la diode.
Figure 1 — Structure physique de la jonction PN et symbole de la diode
1.2. La zone de déplétion
Au moment de la formation de la jonction PN, les électrons de la région N
diffusent vers la région P et les trous font le mouvement inverse. Cette diffusion

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crée une zone appauvrie en porteurs libres, appelée zone de déplétion (ou zone
de charge d'espace).
Dans cette zone, il se crée un champ électrique interne E⃗ orienté de N vers P,
qui s'oppose à toute diffusion supplémentaire. Ce champ est équivalent à une
barrière de potentiel V₀, vaut environ 0,6 à 0,7 V pour le silicium et 0,2 à 0,3
V pour le germanium.
1.3. Électrodes de la diode
La diode possède deux bornes :
• L'Anode (A) : connectée à la région P.
• La Cathode (K) : connectée à la région N.
Par convention, le courant conventionnel traverse la diode de l'anode vers la
cathode lorsqu'elle est passante.

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Chapitre II : Fonctionnement et caractéristique électrique
2.1. Polarisation directe
On dit qu'une diode est en polarisation directe lorsque la tension appliquée à
l'anode est supérieure à celle de la cathode (VA > VK), c'est-à-dire que VAK
> 0.
Dans ce cas, la barrière de potentiel est réduite : les porteurs majoritaires
peuvent franchir la jonction, et un courant I circule librement dans le circuit.
Le courant augmente de façon exponentielle selon la loi de Shockley :
I = I_S × [ exp(V / V_T) − 1 ]
Où Iₛ est le courant de saturation inverse (de l'ordre du nA), Vₜ = kT/q ≈ 26 mV
est la tension thermique à 300 K. En pratique, on retient que la diode devient
passante pour VAK ≥ Vγ ≈ 0,6–0,7 V (silicium).
2.2. Polarisation inverse
Lorsque VAK < 0 (cathode à un potentiel plus élevé que l'anode), la barrière
de potentiel est renforcée. Presque aucun courant ne circule, sauf un courant de
fuite très faible Iₛ. La diode se comporte comme un circuit ouvert.
Figure 3 — Polarisation directe (a) et polarisation inverse (b) de la diode