les diodes

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LES DIODES
La jonction PN
Constitution
Courbe caractéristique
Résistance dynamique d'une diode passante
Polarisation d'une diode à l'aide d'une résistance
Caractéristiques simplifiées – Modèles électriques correspondants
Modèle diode parfaite sans seuil
Modèle diode parfaite avec seuil
Modèle diode avec seuil et résistance dynamique
Modèle dynamique d'une jonction PN
Application au redressement de signaux alternatifs
Redressement monoalternance
Redressements double alternance
Application à la détection de l’enveloppe d’un signal variable
Enveloppe d’un signal variable – Définition
Détecteur d’enveloppe simple
La diode Zener
La photodiode
Constitution et caractéristiques de fonctionnement
Modes d’utilisation
Autres types de diodes
La LED
Présentation
Caractéristiques électriques principales d’une LED
Caractéristiques optiques
La diode Schottky
La diode Varicap
La diode laser (DL)
La diode à effet tunnel
Avec le transistor, la diode est la figure emblématique de toute l'électronique. En effet le
développement de l'industrie électronique prend son départ avec l'invention des diodes à vide et à
galène. C'est grâce à sa fonction de valve électrique que la diode a été utilisée pour détecter et
démoduler les ondes radio.
Comme son nom l'indique, la diode est un élément actif comportant deux électrodes désignées
généralement par anode et cathode. Plusieurs catégories de composants appartiennent à la famille
des diodes :
 Les diodes de redressement et de détection : jonction PN, diodes Schottky
 Les diodes à capacité variable : diodes varicap
 Les diodes de régulation : diodes Zener
 Les diodes électroluminescentes : LED (Light Emitting Diode)
 Les photodiodes (PD)
 Les diodes laser
 Les diodes à effet tunnel

La jonction PN
Constitution
La diode PN résulte de la jonction de deux éléments semi-conducteurs généralement en silicium
(figue x). L'un des éléments a subit un dopage type P, l'autre un dopage type N. A cause des
propriétés particulières des semi-conducteurs, la circulation du courant à travers la jonction ne peut
s'effectuer que dans le sens PN.
P
N
VD
ID
Anode A
VD
ID
Cathode K
Figure x. Constitution et symbole d'une diode à jonction PN
Courbe caractéristique
En examinant en détail la relation courant-tension d'une jonction PN polarisée, on constate que le
courant obéit à la tension appliquée selon la loi exponentielle suivante :
!
!
"
#
$
$
%
&'=1)
V
V
exp(II
T
D
SD
(1)
avec
mV 25
q
kT
VT!=
à
K 300T =
(
C106,1q 19! "=
,
J/K 1038,1k 23! "=
)
Ordre de grandeur du courant
S
I
: 100 nA
Dans le cas d'une diode polarisée par une tension
D
V
supérieure à 100 mV, la relation précédente
peut être réduite à :
)
V
V
exp(II
T
D
SD =
(2)
VD
ID
VD0
IS
VD
ID
VDQ
IDQ
Q
VD
ID
VDQ
IDQ
Q
U
U
R
VD
ID
U
R
Figure x. Courbe caractéristique
courant-tension d'une jonction PN
Figure x. Polarisation d'une diode par une
résistance
Lorsque la tension appliquée est positive, la diode est dite polarisée en sens direct. Dans ce cas la
croissance exponentielle du courant est fortement marquée après une tension de seuil
0D
V
. Pour
une jonction en silicium
0D
V
s'établit environ entre 0,6 et 0,7 volt. On considère alors la diode
passante.
Sous une polarisation inverse (
0VD<
) le courant circulant dans le sens NP est extrêmement
faible et vaut
S
I
. On considère alors la diode bloquée.

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Note dans un état passant et pour un courant
D
I
constant, la tension
D
V
est sensible à la
température. Elle accuse une variation négative de –2mV/°C. Cette propriété peut être mise à profit
pour réaliser un capteur thermométrique.
Résistance dynamique d'une diode passante
Considérons le point Q caractérisé par le couple (
DQ
I
,
DQ
V
)
La relation (2) devient :
)
V
V
exp(II
T
DQ
SDQ =
En considérant de très faibles variations de tension autour de
DQ
V
nous pouvons écrire :
T
DQ
T
DQ
T
S
D
D
D
D
V
I
)
V
V
exp(
V
I
dV
dI
V
I==!
"
"
Nous en déduisons l'expression de la résistance dynamique de la diode autour de son point de
polarisation :
DQ
T
dI
V
r=
Notes
 Pour un courant de polarisation
DQ
I
de 1 mA, la résistance dynamique est d'environ 25 Ω.
 La résistance dynamique d'une diode diminue lorsque le point de fonctionnement s'élève.
Elle doit être prise en compte dès lors que l'on cherche à superposer un signal variable sur la
tension de fonctionnement. (Voir par exemple l'application étudiée dans le paragraphe xx )
Polarisation d'une diode à l'aide d'une résistance
Compte tenu de sa caractéristique abrupte, une diode PN doit être polarisée sous une tension
d'environ
0D
V
pour être passante. L'attaque directe de la diode par un générateur de tension est
délicate et risquée. En effet tout dépassement de la valeur
0D
V
engendre la circulation d'un courant
D
I
élevé pouvant entraîner la destruction du composant. La méthode la plus simple est de mettre
une résistance de limitation de courant en série avec la diode (figure x).
Dans ce cas nous avons :
R
VU
ID
D
!
=
(3)
Le point de polarisation Q 'encore appelé point de fonctionnement) est caractérisé par le couple
(
DQ
I
,
DQ
V
). Il correspond ici au point d'intersection entre les fonctions (2) et (3) (figure x).
Caractéristiques simplifiées – Modèles électriques
correspondants
La détermination mathématique du point de polarisation précédent nécessite de rechercher la
solution
D
V
qui satisfait l'équation
)
V
V
exp(I
R
VU
T
D
S
D=
!
Cette détermination n'est pas aisée car d'une part la solution analytique n'est pas triviale et d'autre
part le paramètre
S
I
est rarement connu avec précision. Fort heureusement il est possible
d'approcher la solution en exploitant une des modélisations simplifiées qui suivent (fig.x,y et z).

Jonction
passante
VD
ID
Jonction
bloquée
VD
ID
=0
VD
=0
ID
0
Jonction
passante
VD
ID
Jonction
bloquée
VD
ID
=0
0
VD0
ID
VD0
Jonction
passante
VD
ID
Jonction
bloquée
VD
ID
=0
0
VD0
ID
VD
VD0
rD
Fig. x. Modèle diode
parfaite sans seuil
Fig. x. Modèle diode
parfaite à seuil
Fig. x. Modèle diode à seuil
et résistance
Modèle diode parfaite sans seuil
La caractéristique et la modélisation électrique d'une diode parfaite sans seuil sont représentées en
figure x.
 Sous polarisation négative, elle se comporte en interrupteur ouvert pour lequel
0V , 0I DD <!=
 Dans le sens passant, elle n'oppose aucune résistance à la circulation du courant et une
tension nulle est relevée à ses bornes :
0I , 0V DD >!=
. Elle est dans ce cas assimilable à
un interrupteur fermé.
Modèle diode parfaite avec seuil
Il s'agit du modèle le plus utilisé car il prend en compte le défaut principal d'une diode réelle, à
savoir la chute de tension que celle-ci engendre à l'état passant.
 Pour
0DD VV <
le modèle électrique associé est un interrupteur ouvert
D
V
reste fixée à
0D
V
à l'état passant
Modèle diode avec seuil et résistance dynamique
S'il est nécessaire de tenir compte de la résistance dynamique de l'état passant, on peut exploiter la
modélisation donnée en figure z.
 Pour
0DD VV <
le modèle électrique associé est toujours un interrupteur ouvert
 Pour
0DD VV !
la diode en conduction engendre une chute de tension égale à
DD0DD IRVV +=
Modèle dynamique d'une jonction PN
Tous dipôle constitué d'éléments en regard présente un effet capacitif. La jonction PN n'échappe pas
à cette loi physique. Le modèle prenant en compte l'effet capacitif est représenté en figure x.
CD

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Figure x. Modèle d'une jonction PN en régime dynamique
En pratique son utilisation est réservée en régime de hautes fréquences. Dans ce cas en effet
l'impédance capacitive intervient et rend partiellement conductrice la diode en inverse.
Application au redressement de signaux alternatifs
Redressement monoalternance
R
VR
V1
Redressements double alternance
Sur secondaire à point milieu
Par pont de Graetz
V2
R
V1
VR
+
-
V1
VR
R
VR
V1
Principe de fonctionnement du pont de Graetz