Diode

préambule

Voici un article de fond qui va s'attarder sur les caractéristiques des diodes.

Cela n'a pas l'air très important de prime abord... sauf le jour où vous voulez utiliser un optocoupleur avec votre Arduino et que le net manque d'information fiable (car, oui, un Optocoupleur contient une diode).

Comprendre les diodes, c'est aussi être capable de lire leurs fiches techniques et la terminologie utilisé. Comme ces documents sont rédigés en anglais, nous aurons également besoin d'introduire les termes anglophones nécessaire à la bonne compréhension de ces informations.

Les diodes et leurs caractéristiques

Idéalement, les diodes bloquent tout courant qui essaye de les traverser dans le sens inverse (dit "reverse" direction) ET se comportent comme un court-circuit si le courant essaye de le traverser dans le bon sens aussi appelé "sens passant" (et "forward" en anglais. On parle donc de courant dans le sens passant... donc "forward current").

Nous ne vivons malheureusement pas dans un monde idéal, par conséquent les diodes ne se comportent pas idéalement :-/

• Les Diodes consomment une certaine puissance lorsqu'elles conduisent du courant.
• Les Diodes ne bloquent pas parfaitement le courant lorsqu'il essaye de bloquer les courants en sens inverse.

Les Diodes du monde réel sont un peu plus compliquées et elles ont toutes des caractéristiques uniques définissant exactement leur fonctionnement.

Relation Courant-Tension

La caractéristique la plus importante d'une diode est sa relation courant-tension (i-v). Cette caractéristique définit quel courant passe dans la diode et quel est est la tension que l'on peut mesurer aux bornes de la diode.

Par exemple, une résistance dispose d'une relation de simple linéarité entre i-v (la loi d'Ohms). La courbe i-v d'une diode n'est pas entièrement linéaire. Elle ressemble à ceci:

Graphique typique d'une relation courant-tension (i-v) d'une diode classique.
Attention: les échelles de la portion négative et positive sont exagérés pour facilité la compréhension.
Les termes anglophones du régime passant (forward) et inverse (reverse) sont également gardés pour se familiariser avec les termes.

La diode se comporte de façon différente en fonction de la tension (et sens) appliqué sur la diode:

Polarisation directe

Aussi dit "sens passant", lorsqu'elle est polarisée comme indiqué sur le graphique.

La diode est active et le courant peut circuler à travers elle.

La tension appliquée sur la diode doit être supérieure à la tension Vf (Forward Voltage) pour qu'un courant significatif traverse la diode.

Polarisation inverse

Aussi dit "sens bloquant", lorsqu'elle est polarisée à l'inverse du sens indiqué sur le graphique.

Lorsque la tension est située entre -Vbr et Vf alors le courant circulant dans la diode est principalement bloqué. La diode est "bloquante".

Vous noterez néanmoins qu'un très petit courant (de l'ordre du nano ampères) arrive à circuler à l'envers dans la diode.

Ce courant est appelé "reverse saturation current" dans les fiches techniques.

Claquage

Lorsque l'on applique une tension très importante et inversée -ALORS- une grande quantité de courant est capable de traverser la diode en sens inverse (de la cathode à l'anode).

Il faut au moins atteindre la tension Vbr en sens inverse, cette tension est dite "breakdown voltage" ou tension de claquage.

Sur un diode standard, cette tension de claquage "détruit" la jonction de la diode (et donc la diode).

Vf: Forward voltage

Pour activer une diode et permettre le passage du courant dans le sens passant, la diode a besoin qu'une tension minimale soit appliquée à ses bornes.

Cette tension est appelée "Forward Voltage" et notée Vf. Vous pouvez également la trouver nous le nom "cut-in voltage" ou "on-voltage".

Comme nous pouvons le constater sur la courbe i-v, le courant et la tension aux bornes de la diode sont interdépendant. Plus de courant implique un tension plus élevée, moins de tension implique moins de courant.

Une fois que la tension atteint la valeur située autour de Vf, nous pouvons constater une grande augmentation du courant pour de très petit accroissement de la tension. Lorsque la diode est complètement passante (totalement conductrice) il est généralement convenu que la tension au borne de la diode est également à la tension Vf ("forward voltage").

Un multimètre configuré sur la position diode permet de mesurer la valeur minimale de Vf ("forward voltage") pour une Diode.

La tension Vf de chaque diode est spécifique au matériau semiconducteur utilisé pour réaliser le composant. Une diode silicium aura une tension Vf située entre 0.6-1V. Une diode à base de germanium à une tension Vf inférieure, autour de 0.3V. Le type de diode a donc une certaine importance pour connaître la tension aux bornes de la diode; les diodes LEDs (qui sont des Diodes émettant de la lumière) ont une tension Vf bien plus importante, tandis qu'une Diode Schottky sont spécialement conçue pour avoir une tension Vf bien inférieure à la tension habituelle.

Tension de claquage

Egalement appelée "Breakdown Voltage", si une tension négative suffisamment grande est appliquée sur la diode alors la diode s'active en sens contraire et et laisse passer le courant dans le sens inverse.

Cette grande tension négative est appelée "breakdown voltage". Certaines diodes sont conçues pour fonctionner dans la région "breakdown" mais la plupart des diodes normales ne supportent pas très bien les importantes tensions négatives.

Pour les diodes normales on une tension "breakdown voltage" aux alentours de -50V à -100V, ou même plus négative.

Fiche technique d'une Diode

All of the above characteristics should be detailed in the datasheet for every diode. For example, this datasheet for a 1N4148 diode lists the maximum forward voltage (1V) and the breakdown voltage (100V) (among a lot of other information):

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Source diverses: Diodes sur learn.sparkfun.com.

Traduit "at the best" par Meurisse D. pour MCHobby.be.

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