Les diodes

[La diode à jonction] [La diode zéner] [La diode de commutation] [La diode varicap] [La diode schottky]  

 

La diode à jonction

 

        La jonction PN

Si nous accolons un bloc de type P et un bloc de type N nous constituons une diode à semi-conducteur.

 

La représentation ne montre que les porteurs majoritaires.

 

    Au moment de la formation de la jonction, on constate un déplacement des porteurs majoritaires (lacunes et électrons libres).

    Une charge positive et une charge négative s'attirent. Ce phénomène se nomme la diffusion. Lors de la rencontre de ces particules, il y a recombinaison.

    Le semi-conducteur de type N ayant perdu des électrons libres lors de la recombinaison se charge positivement près de la jonction.

    Le semi-conducteur de type P ayant comblé ses lacunes lors de la recombinaison se charge négativement près de la jonction.

 

 

barrière de potentiel   

 

    Au bout d'un temps très court, le phénomène de diffusion diminue puis s'arrête, car une différence de potentiel de contact s'établit progressivement entre les deux blocs, due à la charge positive du bloc N et à la charge négative du bloc P.

    De ce fait, les électrons libre du bloc N sont repoussés par la charge négative du bloc P et la charge positive du bloc N repousse les lacunes du bloc P.

 

    Caractéristique d'une diode à jonction au Si

                            Schéma

 

   Sens inverse (bloquant)

    Pour une tension Ud = 0,  le courant est nul.

    Si la tension Ud augmente légèrement, un très faible courant circule et augmente avec Ud.

    L'application d'une ddp (différence de potentiel) extérieure tend à augmenter l'épaisseur de la barrière de potentiel, par attraction des lacunes de P vers le bord gauche et des électrons libres de N vers la droite.

    La zone centrale s'élargit, la barrière de potentiel augmente et le courant ne devrait pas circuler, ce qui n'est pas le cas.

    En effet, si on considère les porteurs minoritaires, on constate que la ddp extérieur favorise le lancement des électrons libres minoritaires de P vers N.

    Attention, si la tension devient trop importante, il y a claquage de la jonction !! (zone EF de la caractéristique)

                                           

    Ce courant est appelé courant de fuite.

 

 

   Sens passant

    Si Ud est faible Id = 0

    Si Ud = 0,6 Id augmente (la barrière de potentiel est vaincue par la tension extérieure)

    Pour Ud supérieure à Useuil ,  le courant Id devient important, de faibles variations de tension provoquent de fortes variations de courant la caractéristique est presque droite

    Remarque :     pour le silicium U barrière > 0,5 V pour le germanium U barrière > 0,3 V

 

 

 

   Symbole de la diode

 

A = ANODE                                  K = Catode

 

   Influance de la température sur la caractéristique

Le courant de fuite double chaque fois que la température augmente de 5 °C pour une diode au silicium.

 

 

La diode zéner

 

 Définition

Les diodes zéner sont des diodes au silicium, dont on exploite une particularité de la caractéristique inverse. Elles sont spécialement construites pour travailler en inverse au delà du coude zéner.

 Caractéristique

   Voir caractéristique de la diode plus haut ou caractéristique ci-dessous

 

   Symboles de la diode zéner

 

 Principe

Nous avons vu que si la tension inverss aux bornes d'une diode à jonction devient suffisament élevée, le courant inverse s'accroît brusquement. C'est le phénomène de claquage inverse (zone EF de la caractéristique).

On constate sur la caractéristique que la tension inverse aux bornes de la diode varie peu dans la zone de claquage.

                    

 

 

Supposons constante cette valeur de Uz, deux valeurs de I détermine la zone de claquage: Im et IM sur la caractéristique ci-dessus.

                   

    Intensité minimum (Im)

En dessous de cette valeur, nous nous trouvons dans le coude (zone DE).

    Intensité maximum (IM)

Au dessus de cette valeur, la puissance dissipée (P =Uz x Iz) dans la diode sous forme de chaleur devient destructrice.

    Conclusion

La valeur de la tension inverse aux bornes de la diode reste constante si l'intensité Iz reste entre Im et IM      Im < Iz < IM.

                               

 

La diode de commutation

 

 Définition

Les diodes de commutations sont destinnées aux montages logiques en raison de leur rapidité.

 

Qu'est ce qu'une diode rapide ?

Nous avons vu que lorsqu'une diode est polarisée dasn le sens passant, il se crée une accumulation de porteurs minoritaires de signe contraires de part et d'autre de la jonction (voir représentation) :  ce qui provoque l'existance de U seuil.

Lorsqu'une diode est polarisée dans le sens inverse, les deux accumulations de porteurs minoritaires existent, mais leur concentration est différente.

Donc :

  • Si la tension qui provoque la conduction de la diode s'inverse brusquement (ce qui est le cas en commutation), la réorganisation des charges de la jonction constitue un courant inverse important pendant un court instant que l'on appelle temps de recouvrement inverse (trr pour Reverse Recovery Time).

  • Si la diode est bloquée au départ et que l'on inverse brusquement sa polarisation, la diode ne conduit pas immédiatement. En effet, il faut un certain temps au porteurs minoritaires pour se réorganiser et donc neutraliser la barrière de potentiel. On appelle ce temps le temps de recouvrement direct (tfr pour Forward Recovery Time).

Comment améliorer le temps de commutation ?

Vous savez tous que dans les circuits de commutation (circuits logiques) tels que ceux qui équipent l'ordinateur sur le quel vous vous trouvez, on se bat pour réduire le temps de commutation des composants tels que les diodes pour augmenter la vitesse des processeurs.

Un des moyen employé pour améliorer le temps de commutation est de doper le silicium avec de l'or par exemple.

Les diodes de commutation sont aussi appellées diodes à haute vitesse de commutation, high speed switching diode, diodede signal ou signal diode.

La diode varicap

 

Prochainement disponible.

 

 

 

 

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Dernière mise à jour le 18/01/02 à 23:35