La diode est un composant bipôle qui laisse passer le courant électrique dans un seul sens. Elle agit comme un clapet : les électrons peuvent circuler de la cathode vers l'anode, mais il sont bloqués dans le sens inverse.

La cathode est généralement repérée par un anneau ou un trait sur le boîtier.

Cette propriété permet notamment de protéger un circuit contre une inversion de polarité ou de transformer un courant alternatif en courant continu dans les alimentations électriques.

Constitution d'une diode

Une diode est fabriquée à partir d'un semi-conducteur, le plus souvent du silicium. Elle est constituée de deux zones différentes appelées zone P et zone N, formant une jonction PN.

C'est cette jonction qui permet à la diode de favoriser le passage du courant dans un sens et de le bloquer dans l'autre.

Le sens de conduction

Lorsque la diode est branchée dans le bon sens, on dit qu'elle est polarisée en direct. Les électrons peuvent franchir la jonction et le courant circule.

Une diode montée en série avec une alimentation protège un appareil contre une inversion accidentelle des fils. Si la polarité est inversée, la diode bloque le courant et les composants ne sont pas alimentés.

Lorsque la diode est branchée dans le sens opposé, elle est polarisée en inverse. Dans ce cas, le courant est presque totalement bloqué.

Seul un très faible courant de fuite traverse la diode tant que la tension inverse reste inférieure à sa tension de claquage.

Deux diodes peuvent être utilisées pour protéger un circuit contre une inversion de polarité ou pour limiter une tension dans certains montages électroniques.

Quatre diodes montées en pont de Graëtz permettent de redresser complètement un courant alternatif.

La tension de seuil

Une diode ne devient pas conductrice immédiatement. Elle doit d'abord atteindre une tension de seuil.

Pour une diode en silicium, cette tension est généralement d'environ 0,7 V. Pour une diode au germanium, elle est voisine de 0,3 V.

Cette tension explique pourquoi une diode provoque toujours une petite chute de tension lorsqu'elle conduit.

Dans un pont redresseur constitué de quatre diodes en silicium, le courant traverse deux diodes à la fois. La chute de tension est donc d'environ 1,4 V.

La caractéristique courant-tension

Contrairement à une résistance, une diode ne suit pas la loi d'Ohm.

En polarisation directe, le courant reste très faible jusqu'à la tension de seuil, puis augmente très rapidement.

En polarisation inverse, le courant reste pratiquement nul jusqu'à la tension de claquage, au-delà de laquelle la diode peut être détruite si le courant n'est pas limité.

Cette caractéristique permet d'utiliser les diodes comme composants de protection, de redressement ou de commutation.

Les principaux types de diodes

• Les diodes de redressement sont les diodes les plus courantes. Elles servent principalement à transformer le courant alternatif en courant continu dans les alimentations électroniques.
• Les diodes rapides peuvent commuter très rapidement et sont utilisées dans les alimentations à découpage et les circuits fonctionnant à haute fréquence.
• Les diodes Schottky possèdent une faible tension de seuil, généralement comprise entre 0,2 et 0,4 V. Elles dissipent moins d'énergie et sont très utilisées dans les alimentations modernes.
• Les diodes de signal transportent de faibles courants et sont utilisées dans les montages électroniques de commande, de détection et de commutation.

• Les diodes Zener spécialement conçues pour fonctionner en polarisation inverse. Contrairement à une diode classique, la diode Zener est utilisée dans sa zone de claquage sans être détruite.

  Lorsque la tension inverse atteint une valeur précise, appelée tension Zener, la diode devient conductrice tout en maintenant une tension pratiquement constante à ses bornes.

  Cette propriété permet de stabiliser une tension ou de protéger un circuit contre les surtensions.

  Une diode Zener de 5,1 V maintient une tension voisine de 5,1 V malgré les variations de l'alimentation, à condition que le courant reste dans sa plage de fonctionnement.

  Les diodes Zener sont utilisées dans les alimentations stabilisées, les références de tension, les régulateurs électroniques et les circuits de protection.

• Les photodiodes sont sensibles à la lumière. Lorsque la photodiode reçoit des photons, elle produit un faible courant électrique proportionnel à l'éclairement.

  Elle fonctionne généralement en polarisation inverse, ce qui améliore sa rapidité et sa sensibilité. Plus la lumière reçue est importante, plus le courant généré augmente.

  La photodiode transforme la lumière en signal électrique.

  Les photodiodes sont utilisées dans les télécommandes infrarouges, les fibres optiques, les lecteurs de codes-barres, les capteurs de luminosité, les détecteurs de fumée, les appareils photo numériques et de nombreux instruments de mesure.

  Certaines photodiodes sont optimisées pour détecter la lumière visible, tandis que d'autres sont spécialement conçues pour les rayonnements infrarouges ou ultraviolets.

Les diodes électroluminescentes (LED)

La LED (Light Emitting Diode), ou diode électroluminescente, est une diode qui émet de la lumière lorsqu'elle est parcourue par un courant dans le sens direct.

La lumière est produite par la recombinaison des électrons et des trous à l'intérieur du semi-conducteur. L'énergie libérée est émise sous forme de photons.

La couleur de la lumière dépend du matériau utilisé pour fabriquer la diode. On trouve des LED rouges, jaunes, vertes, bleues, blanches, infrarouges ou ultraviolettes. Leur tension de seuil varie selon leur couleur. Une LED rouge commence généralement à conduire vers 1,8 V, tandis qu'une LED bleue ou blanche nécessite souvent entre 3 et 3,5 V.

Une LED doit presque toujours être associée à une résistance de limitation, faute de quoi le courant pourrait devenir trop important et la détruire.

La formule utilisée est :

R = (U_alim - U_LED) / I

où R est la résistance en ohms, U_alim la tension de l'alimentation, U_LED la tension propre à la LED, et I le courant désiré.

Avec une alimentation de 5 V, une LED rouge d'environ 2 V et un courant de 10 mA, on obtient :

R = (5 - 2) / 0,01 = 300 Ω

On choisit alors souvent une valeur normalisée proche, comme 330 Ω, pour protéger la LED.

Grâce à leur faible consommation, leur longue durée de vie et leur excellent rendement lumineux, les LED sont utilisées dans les voyants, les écrans, l'éclairage domestique, les feux de circulation, les phares automobiles, la décoration et de nombreux appareils électroniques.

Le pont de diodes

Un pont de diodes, également appelé pont redresseur ou pont de Graëtz, est un montage constitué de quatre diodes permettant de transformer un courant alternatif (AC) en courant continu (DC).

Dans un courant alternatif, la tension change de sens plusieurs dizaines de fois par seconde. Sur le réseau électrique domestique, elle s'inverse 50 fois par seconde, soit une fréquence de 50 Hz. Les composants électroniques fonctionnent généralement en courant continu. Il est donc nécessaire de redresser le courant avant de l'utiliser.

Le pont de diodes utilise les propriétés des diodes pour que le courant traverse toujours la charge dans le même sens, quelle que soit la polarité de la tension d'entrée.

Pendant la première alternance, deux diodes sont passantes tandis que les deux autres restent bloquées. Le courant traverse alors la charge dans un premier trajet.

Lors de l'alternance suivante, la polarité de la tension s'inverse. Les deux premières diodes se bloquent et les deux autres deviennent conductrices. Le courant emprunte un trajet différent mais circule encore dans le même sens à travers la charge.

Ainsi, la tension de sortie ne change plus de polarité. Elle reste toujours positive, même si elle présente encore des variations importantes appelées ondulations.

Dans la plupart des alimentations électroniques, un condensateur de filtrage est placé à la sortie du pont de diodes. Il se charge lorsque la tension augmente puis se décharge entre deux alternances afin de lisser ces ondulations et d'obtenir une tension beaucoup plus stable.

Lorsque le courant traverse un pont redresseur, il passe toujours par deux diodes. Avec des diodes en silicium, chacune provoque une chute de tension d'environ 0,7 V. La tension disponible à la sortie du pont est donc inférieure d'environ 1,4 V à la tension d'entrée.

Les ponts de diodes sont utilisés dans les chargeurs de téléphones, les alimentations d'ordinateurs, les téléviseurs, les appareils électroménagers, les équipements industriels et, plus généralement, dans tous les appareils alimentés par le secteur avant l'étape de filtrage et de régulation de la tension.

Les précautions d'utilisation

Une diode doit toujours être montée dans le bon sens. Une inversion de l'anode et de la cathode empêche généralement le fonctionnement du circuit.

Il faut également respecter le courant maximal et la tension inverse maximale indiqués par le fabricant. Au-delà de ces limites, la diode peut chauffer fortement et être détruite.

Lorsqu'une diode est utilisée avec une LED, un transistor ou un autre composant sensible, elle est souvent associée à une résistance afin de limiter le courant qui la traverse.