Expliquer le diode et ses types
Qu'est-ce qu'une diode ?
Les diodes sont des dispositifs électriques à deux bornes qui agissent comme un interrupteur à sens unique, permettant au courant de circuler (de transférer) dans une seule direction. Ces diodes sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs tels que
le silicium,
le germanium, et
l'arséniure de gallium.
Les deux bornes d'une diode sont appelées anode et cathode. Le fonctionnement d'une diode peut être catégorisé en deux types en fonction de la différence de potentiel (énergie potentielle) entre ces deux bornes :
Si l'anode a une tension supérieure à celle de la cathode, la diode est considérée comme étant en polarisation directe et le courant peut circuler.
Si la cathode a une tension supérieure à celle de l'anode, la diode est dite en polarisation inverse, et le courant ne peut pas circuler.
Différents types de diodes nécessitent différentes tensions.
La tension de polarisation directe des diodes en silicium est de 0,7 V, tandis que celle des diodes en germanium est de 0,3 V.
Lorsqu'on travaille avec des diodes en silicium, la borne cathode est souvent indiquée par une bande noire ou sombre sur l'une des extrémités de la diode, tandis que la borne anode est généralement représentée par l'autre borne.
La redressement, ou conversion du courant alternatif (CA) en courant continu (CC), est l'une des applications les plus courantes des diodes.
Les diodes sont utilisées dans les applications de protection contre l'inversion de polarité et de protection contre les transitoires car elles permettent au courant de circuler (de passer) uniquement dans un sens et inhibent le flux de courant dans l'autre sens.
Symbole de la diode
Le symbole d'une diode est illustré ci-dessous. Dans le cas d'une polarisation directe, la pointe de la flèche indique la direction du courant conventionnel. Cela signifie que l'anode est liée au côté p et la cathode au côté n.
Un simple diode à jonction PN est obtenue en dopant un bloc de cristal de silicium ou de germanium avec une impureté pentavalente (ou donneuse) dans une section et une impureté trivalente (ou accepteuse) dans l'autre.
Une jonction PN peut également être formée en reliant un semiconducteur de type p et un semiconducteur de type n ensemble à l'aide d'un processus de fabrication particulier. L'anode est le terminal qui se connecte au type p. La cathode est le terminal qui se connecte au côté de type n.
Au centre du bloc, ces dopages forment une jonction PN.
Principe de fonctionnement d'une diode
L'interaction entre les semiconducteurs de type n et de type p est le processus fondamental derrière le fonctionnement d'une diode.
Un semiconducteur de type n est composé d'un grand nombre d'électrons libres et d'un petit nombre de trous. En d'autres termes, dans un semiconducteur de type n, la concentration d'électrons libres est grande tandis que la concentration de trous est assez faible.
Dans un semiconducteur de type n, les électrons libres sont appelés porteurs de charge majoritaires, tandis que les trous sont appelés porteurs de charge minoritaires.
Un semiconducteur de type p est caractérisé par un grand nombre de trous par rapport à la quantité d'électrons libres qu'il contient. Les trous constituent la vaste majorité des porteurs de charge dans un semiconducteur de type p, tandis que les électrons libres ne représentent qu'une petite partie de ce type de porteurs de charge.
Caractéristiques d'une diode
Diode polarisée en avant
Diode polarisée en arrière
Diode non polarisée (zéro polarisation)
1). Diode polarisée en avant
Il y a une légère diminution de la tension à travers la diode lorsqu'elle est polarisée dans le sens direct et que le courant passe à travers elle.
La tension directe des diodes en germanium est de 300 mV, ce qui est beaucoup plus faible que la tension directe des diodes en silicium, qui est de 690 mV.
L'énergie potentielle à travers un matériau de type p est positive, tandis que l'énergie potentielle à travers un matériau de type n est négative. Les matériaux de type p ont une énergie potentielle positive.
2). Diode polarisée en sens inverse
Lorsque la tension de la batterie est ramenée à zéro, on dit que la diode est polarisée en sens inverse. La tension inverse pour les diodes en germanium est de -50(μA) microampères, tandis que la tension inverse pour les diodes en silicium est de -20(μA) microampères. Lorsqu'on observe à travers un matériau de type p, l'énergie potentielle est négative, mais lorsqu'on observe à travers un matériau de type n, l'énergie potentielle est positive.
3). Diode non polarisée (diode à polarisation nulle)
On dit qu'une diode est en condition de polarisation nulle lorsque le potentiel de tension mesuré à travers la diode est nul.
Applications de la diode
Protection contre un courant circulant en sens inverse à l'aide de diodes
Les diodes sont souvent utilisées dans des circuits de clamping (circuits de limitation).
Utilisation des diodes dans les circuits de logique.
Les diodes sont un composant courant dans les circuits de découpage.
Dispositifs de redressement composés de diodes
Types de diode
1). Diode rétrograde
2). Diode BARITT
3). Diode Gunn
4). Diode Laser
5). Diode Émetteur de Lumière
6). Photodiode
7). Diode PIN
8). Diode à Récupération Rapide
9). Diode à Récupération par Étapes
10). Diode Tunnel
11). Diode à Jonction P-N
12). Diode Zener
13). Diodes Schottky
14). Diodes Shockley
15). Diode Varicap (ou) Varactor
16). Diode Avalanche
17). Diode à Courant Constant
18). Diodes Dopées à l'Or
19). Diodes Super Barrière
20). Diode Peltier
21). Diode Cristal
22). Diode à vide
23). Diode de signal faible
24). Diode de signal fort
1). Diode inverse
Ce type de diode est également connu sous le nom de "diode arrière" et n'est pas très utilisé. La diode inverse (arrière) est une diode à jonction PN qui fonctionne comme une diode tunnel. Le tunnel quantique est une partie importante du flux de courant, en particulier dans la direction opposée. Avec l'image des bandes d'énergie, vous pouvez voir exactement comment fonctionne la diode.
La bande au niveau supérieur est appelée "bande de conduction" et la bande au niveau inférieur est appelée "bande de valence". Lorsqu'on ajoute de l'énergie aux électrons, ils ont tendance à gagner plus d'énergie et à se déplacer vers la bande de conduction. Lorsque les électrons passent de la bande de valence à la bande de conduction, ils laissent des trous dans la bande de valence.
Dans l'état de polarisation zéro, la bande de valence occupée est opposée à la bande de conduction occupée. Dans la condition de polarisation inverse, par contre, la région N remonte tandis que la région P descend. Maintenant, la bande complète dans la section P est différente de la bande vide dans la section N. Ainsi, les électrons commencent à se déplacer de la bande pleine dans la section P vers la bande vide dans la section N par effet tunnel.
Cela signifie donc qu'un courant peut circuler même lorsque la polarisation est dans la direction opposée. Dans la condition de polarisation directe, la région N se déplace dans la même direction que la région P, c'est-à-dire vers le haut. Maintenant, la bande remplie dans la section N est différente de la bande vide dans la section P. Ainsi, les électrons commencent à se déplacer de la bande pleine dans la section N vers la bande vide dans la section P par effet tunnel.
Dans ce type de diode, la région de résistance négative est formée, ce qui est la partie principale de la diode qui la fait fonctionner.
2). Diode BARITT
Ce type de diode est également connu sous son terme étendu, qui est le diode à temps de transit par injection de barrière, ou diode BARRITT. Elle est adaptée aux applications en micro-ondes et permet diverses comparaisons avec la diode IMPATT, qui est plus couramment utilisée.
L'utilisation de l'énergie thermique provoque l'émission de ce type particulier de diode. Comparé à d'autres types de diodes, celui-ci produit beaucoup moins de bruit.
Les mixeurs, les amplificateurs ou les oscillateurs sont quelques-unes des applications possibles pour ces diodes, compte tenu de leur capacité de signal faible. Elles peuvent également être utilisées dans une variété d'autres appareils.
3). Diode Gunn
Une diode à jonction PN, également connue sous le nom de diode Gunn, est un type de diode qui est un dispositif semi-conducteur composé de deux bornes. Dans la plupart des applications, elle est utilisée pour la production de signaux en micro-ondes.
Les oscillateurs développés à partir de diodes Gunn sont utilisés partout où il y a besoin de transmission radio.
Elles sont également utilisées dans les organisations militaires. Cette diode est un composant essentiel de tous les tachymètres, même les plus basiques. Les diodes Gunn peuvent faciliter l'inclusion de la technologie de capteur d'ouverture de porte dans les systèmes de surveillance modernes, ce qui est un besoin dans les systèmes de surveillance modernes. De plus, cette diode est recommandée pour l'utilisation dans les circuits d'alarme anti-intrusion.
4). Diode laser
En raison du fait qu'elle génère une lumière cohérente, la diode laser ne fonctionne pas de la même manière qu'une LED (diode électroluminescente) typique. Ces types particuliers de diodes trouvent une utilisation répandue dans divers domaines, y compris les lecteurs de CD, les lecteurs de DVD et les pointeurs laser utilisés lors de présentations. Bien que ces diodes soient plus abordables que d'autres types de générateurs de laser, leur coût est bien plus élevé par rapport à celui des LED. Elles ont également une durée de vie limitée.
5). Diode électroluminescente
L'expression diode électroluminescente (ou LED) fait référence à l'une des variétés de diodes les plus courantes et largement utilisées. Si la diode est connectée de manière à avoir un biais direct, le courant passera par la jonction, ce qui produira de la lumière. Il existe plusieurs avancées récentes en matière de LED qui les transforment en OLED et en LED.
Dans la zone de fonctionnement avec un biais direct, c'est le type de diodes qui sont en opération. Il y a un flux de courant dès que la diode commence à conduire lorsque nous sommes dans cette zone. Le terme "courant direct" fait référence à ce type de courant. La diode est la source de la lumière produite tout au long de cette opération.
Les LED existent dans une large variété de couleurs. Plus précisément, il peut s'agir d'une LED clignotante qui peut fonctionner comme on et off pour une durée prédéterminée. Elles peuvent être des LED bicolor, dans ce cas, deux couleurs sont émises, ou des LED tricolores, dans ce cas, trois couleurs sont émises, selon la quantité de tension positive reçue.
En outre, il existe des LED capables de produire de la lumière infrarouge. Son applicabilité pratique se trouve dans les télécommandes.
6). Photodiode
La photodiode détecte la lumière dans cette technique. Il a été découvert que l'interaction de la lumière avec une jonction PN peut entraîner la création d'électrons et de trous. Dans la plupart des cas, les photodiodes fonctionnent sous un biais inverse, ce qui permet même une petite quantité de courant induit par la lumière d'être facilement détectée et surveillée. La production d'énergie est une autre utilisation possible pour ces types de diodes.
Comme elle est également capable de conduire sous un biais inverse, le fonctionnement d'une photodiode est très similaire à celui d'une diode zen.
Tant la valeur du courant que la valeur de l'intensité lumineuse sont directement proportionnelles l'une à l'autre. Elles ont également des temps de réaction suffisamment rapides, mesurés en nanosecondes plutôt qu'en millisecondes.
7). Diode PIN
Les caractéristiques de ce diode sont déterminées tout au long du processus de développement. Les normes de type p et n sont utilisées dans la construction de ce type de diode. La jonction qui sera produite à la suite de ces interactions est connue sous le nom de semi-conducteur intrinsèque car elle ne contiendra aucune concentration de dopage.
Des applications telles que le commutage peuvent tirer parti de l'accès à cette région.
8). Diode à récupération rapide
Le diode aura un temps de récupération plus court. Le courant alternatif est utilisé comme entrée de signal tout au long du processus de redressement. Ces niveaux ont des aspects positifs et négatifs. Pour que les polarités passent du positif au négatif (ou) du négatif au positif, la période de récupération doit être aussi courte que possible.
Lorsque des applications à haute fréquence sont réalisées, il est très important d'avoir les temps de récupération les plus courts possibles. Dans des conditions comme celles-ci, il est recommandé d'utiliser ce diode particulier. En tant que condition, la représentation doit être faite de manière précise tout en maintenant l'intégrité du signal.
9). Diode à récupération par étapes
C'est l'un des composants du diode micro-ondes. Cela conduit souvent à la génération de pulsations dans la gamme de hautes fréquences. Ces diodes dépendent du type de diodes qui ont la propriété de s'éteindre rapidement en raison de leur fonctionnement.
10). Diode tunnel
Ces diodes tunnel sont connues pour nécessiter des interrupteurs lorsqu'elles fonctionnent dans la gamme de très haute vitesse. La durée de la transition sera mesurée en nanosecondes ou picosecondes. Cela est utilisé dans les circuits d'oscillateurs de relaxation en raison de l'idée de résistance négative qui y est associée.
11). Diode P-N
C'est la diode fondamentale qui est produite lorsque les matériaux de type p et de type n interagissent entre eux. Elle explore l'idée de favoriser un point de vue plutôt qu'un autre. En raison de ce biais, elle peut fonctionner dans divers modes de fonctionnement.
Cette diode ne conduit que lorsque le biais direct est appliqué. Lorsque le biais est dans l'autre direction, il n'y a pas de flux clair de courant. Cela montre que le courant est bloqué lorsque le biais est dans l'autre direction.
Elles sont utilisées dans des situations où les applications nécessitent des courants faibles, comme les diodes de signal, et sont donc privilégiées. Les redresseurs sont l'une des utilisations les plus fondamentales de cette technologie.
12). Diode Zener
C'est le type de diode qui a été construit de telle manière qu'il puisse fonctionner en mode de biais inverse. Lorsqu'un biais direct est appliqué, les propriétés de fonctionnement de la diode seront comparables à celles d'une diode conventionnelle dont le composant fondamental est une jonction p-n.
Lorsque la diode fonctionne en mode de biais inverse, une fois qu'elle a atteint la tension Zener la plus basse, il y aura une augmentation des valeurs du courant ; cependant, la tension restera constante au-delà de ce point.
En conséquence, il peut être utilisé dans le processus de contrôle de tension en raison de ce fait. Lorsqu'il commence à conduire le courant sous polarisation directe, la diode a montré sa capacité unique. Les fabricants déterminent exactement quelle sera la tension plus zen pour ce type particulier de diode. Grâce à cela, il est possible de fabriquer des diodes plus zen.
13). Diodes de Schottky
Une diode de Schottky est un type de diode caractérisée par sa capacité à effectuer des opérations de commutation à haute vitesse. Très peu de perte de tension se produit tout au long du parcours direct, ce qui est considéré comme un attribut positif.
Les circuits de clamping suffisamment rapides sont un bon exemple d'endroits où ce type de diode peut être utilisé, car ses utilisations y sont facilement apparentes. Une fréquence dans la gamme des gigahertz est typique pour le fonctionnement des diodes de ce type. En d'autres termes, elle a le potentiel d'être plus désirable lors des applications à haute fréquence.
14). Diodes Shockley
Les applications de commutation utilisent ces diodes, qui sont un type différent de diode de celles décrites ci-dessus. Elles possèdent une certaine tension fondamentale, également connue sous le nom de tension de déclenchement, qui est présente.
Il est impossible que cette diode bascule, car elle restera en mode de haute résistance si la tension qui lui est fournie est inférieure à la valeur de déclenchement de base. Le chemin de faible résistance sera construit dès que la tension fournie sera supérieure à la valeur de déclenchement de base. Les diodes Shockley exercent leurs fonctions de cette manière.
15). Diode Varactor (ou) Varicap
Ceci est une autre catégorie unique de diodes, qui se produit lorsque une tension inverse est appliquée au jonction du dispositif. Cela provoque un changement de la capacitance du jonction. Étant donné qu'il s'agit d'une diode à capacitance variable, l'abréviation "varicap" peut être utilisée pour la désigner.
16). Diode à avalanche
La diode à avalanche est un type de diode polarisée à l'envers qui tire son fonctionnement du phénomène d'avalanche. L'échec de l'avalanche se produit lorsque la chute de tension reste constante et n'est pas affectée par le courant. En raison de leur niveau élevé de sensibilité, elles sont utilisées pour la détection photoélectrique.
17). Diode à courant constant
C'est un dispositif électrique qui limite le courant à la valeur maximale fournie. Il peut également être appelé diode limiteuse de courant (CLD) ou diode régulatrice de courant (CRD) (CRD).
Ces diodes sont fabriquées à partir d'un JFET canal n. La grille est connectée à la source et agit comme un limiteur de courant à deux bornes ou une source de courant. Elles permettent à un courant de circuler à travers elles jusqu'à une valeur spécifique avant de s'arrêter pour augmenter (se développer) davantage.
18). Diodes dopées à l'or
L'or est utilisé comme dopant dans ces diodes. Certaines diodes sont plus puissantes que d'autres. Le courant de fuite en polarisation inverse est également plus faible dans ces diodes. Même avec des chutes de tension plus importantes, la diode peut fonctionner aux fréquences de signal. L'or aide à la recombinaison rapide des porteurs minoritaires dans ces diodes.
19). Diodes à super barrière
C'est une diode redresseuse avec une chute de tension directe faible comme une diode Schottky et un courant de fuite inverse faible comme une diode P – N. Elle a été créée pour des applications de commutation haute puissance, haute vitesse et faible perte. Les diodes redresseuses à super barrière sont le prochain type de redresseurs qui ont une tension directe plus faible que la diode Schottky.
20). Diode Peltier
Il génère de la chaleur aux deux jonctions de matériaux du semi-conducteur dans ce type de diode, qui s'écoule d'un terminal à l'autre. Ce flux n'a qu'une seule direction, qui est la même que celle de l'écoulement du courant.
Cette chaleur est générée en raison de la charge électrique produite par la recombinaison des porteurs de charge minoritaires. Cela est principalement utilisé pour le refroidissement et le chauffage. Ce type de diode sert à la fois de capteur et de moteur thermique dans le refroidissement thermélectrique.
21). Diode Cristal
C'est une forme de diode à contact ponctuel, également connue sous le nom de moustache de chat. Son fonctionnement est déterminé par la pression de contact entre le cristal de semi-conducteur et le point.
Un fil métallique est contenu dans cette diode et il est forcé contre le cristal de semi-conducteur. Dans ces conditions, le cristal de semi-conducteur sert de cathode tandis que le fil métallique sert d'anode. Ces diodes sont obsolètes et sont principalement utilisées dans les récepteurs et détecteurs à micro-ondes.
22). Diodes à Vide
Les diodes à vide sont composées de deux électrodes qui servent d'anode et de cathode. Le tungstène est utilisé pour fabriquer la cathode, qui émet des électrons en direction de l'anode. Le flux d'électrons va toujours de la cathode vers l'anode. Par conséquent, elle fonctionne comme un interrupteur.
Lorsque la cathode est recouverte de matériau oxyde, la capacité d'émission d'électrons est augmentée. Les anodes sont plutôt plus longues et leurs surfaces sont parfois rugueuses pour minimiser les températures qui se produisent dans la diode. La diode ne conduira que lorsque l'anode sera positive (+) par rapport au terminal cathode.
23). Diode de Petit Signal
C'est un petit appareil avec des caractéristiques disproportionnées, principalement utilisé dans les domaines d'application à haute fréquence et faible courant, tels que les radios et téléviseurs.
Les diodes de signal sont beaucoup plus petites que les diodes de puissance. Un bord est marqué en noir (ou) rouge pour indiquer le terminal cathode. Les performances de la petite diode de signal sont particulièrement efficaces pour les applications à haute fréquence.
En comparaison avec leurs capacités dans d'autres catégories, les diodes de signal ont généralement une capacité de transport de courant modeste et une faible dissipation de puissance. Elles se situent généralement dans la plage de 150 mA & 500 mW.
Elle est utilisée dans
Les applications de diodes,
Le commutage à haute vitesse,
Les amplificateurs paramétriques & de nombreuses autres applications.
24). Diode de grand signal
La couche de jonction PN sur ces diodes est plutôt épaisse. En conséquence, elles sont souvent utilisées pour la redressement ou la conversion du courant alternatif en courant continu. La grande jonction PN augmente la capacité de transport de courant avant et la tension de blocage inverse de la diode. Les diodes de grand signal ne sont pas adaptées aux applications à haute fréquence.
Ces diodes sont principalement applicables dans les alimentations électriques comme
Les redresseurs,
Les convertisseurs,
Les onduleurs,
Les dispositifs de charge de batterie, etc.
La résistance avant de ces diodes est de quelques ohms, tandis que la résistance de blocage inverse est mesurée en mégaoHms.
En raison de sa grande capacité de courant et de tension, elle peut être utilisée dans des appareils électriques qui suppriment de grandes tensions de crête.
Ainsi, les nombreux types de diodes et leurs utilisations ont été discutés dans ce post. Chaque diode a sa propre méthode unique de représentation, ainsi que sa propre méthode unique de fonctionnement.
Questions fréquemment posées
1). Une diode convertit-elle le courant alternatif (CA) en courant continu (CC)?
La diode qui permet au courant de circuler (de passer) dans une seule direction. Lorsqu'elle est utilisée avec un courant alternatif, les diodes ne conduisent que pour la moitié du cycle. En conséquence, elles sont utilisées pour la conversion du courant alternatif en courant continu. Ainsi, les diodes sont des dispositifs de courant continu (CC).
2). Qu'est-ce que les diodes idéales ?
Les diodes utilisées pour réguler la direction du flux de courant sont appelées diodes idéales. Avec une diode idéale, le courant ne peut circuler que dans une seule direction, connue sous le nom de direction avant, et il ne peut pas circuler dans la direction inverse.
Les diodes idéales semblent être un circuit ouvert lorsqu'elles sont polarisées en sens inverse, et la tension à leurs bornes est négative dans cette condition.
3). Quelle est la différence entre la polarisation directe et la polarisation inverse ?
La polarisation directe se produit dans une diode conventionnelle lorsque la tension à travers la diode permet le flux normal de courant, tandis que la polarisation inverse signifie une tension à travers la diode dans le sens opposé. Cependant, la tension appliquée à travers la diode pendant la polarisation inverse ne provoque aucun flux de courant appréciable.
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