Diode: définition, symbole et types de diodes
Qu'est-ce qu'une diode?
Une diode est définie comme un composant électronique à deux bornes qui ne conduit le courant que dans une seule direction (tant qu'il fonctionne à l'intérieur d'un niveau de tension spécifié). Une diode idéale aura une résistance nulle dans un sens et une résistance infinie dans le sens inverse.
Bien que dans le monde réel, les diodes ne puissent pas atteindre une résistance nulle ou infinie. Au lieu de cela, une diode aura une résistance négligeable dans un sens (pour permettre le flux de courant) et une résistance très élevée dans le sens inverse (pour empêcher le flux de courant). Une diode est effectivement comme une valve pour un circuit électrique .
Les diodes semi- conductrices sont le type de diode le plus courant . Ces diodes ne commencent à conduire l'électricité que si une certaine tension de seuil est présente dans le sens direct (c'est-à-dire dans le sens «faible résistance»). La diode est dite " polarisée en direct " lorsqu'elle conduit un courant dans cette direction. Lorsqu'elle est connectée à l'intérieur d'un circuit dans le sens inverse (c'est-à-dire dans le sens "haute résistance"), la diode est dite " polarisée en inverse ".
La diode est dite " polarisée en direct " lorsqu'elle conduit un courant dans cette direction. Lorsqu'elle est connectée à l'intérieur d'un circuit dans le sens inverse (c'est-à-dire dans le sens "haute résistance"), la diode est dite " polarisée en inverse ".
Une diode bloque uniquement le courant dans le sens inverse (c'est-à-dire lorsqu'elle est polarisée en inverse) tandis que la tension inverse est dans une plage spécifiée. Au-dessus de cette plage, la barrière inverse se brise. La tension à laquelle cette rupture se produit est appelée «tension de rupture inverse».
Lorsque la tension du circuit est supérieure à la tension de claquage inverse, la diode est capable de conduire l'électricité dans le sens inverse (c'est-à-dire le sens «haute résistance»). C'est pourquoi, en pratique, nous disons que les diodes ont une résistance élevée dans le sens inverse - pas une résistance infinie.
Une jonction PN est la forme la plus simple de la diode semi-conductrice. Dans des conditions idéales, cette jonction PN se comporte comme un court-circuit lorsqu'elle est polarisée en direct et comme un circuit ouvert lorsqu'elle est polarisée en inverse. Le nom diode est dérivé de «di – ode» qui signifie un appareil qui a deux électrodes. Les diodes sont couramment utilisées dans de nombreux projets électroniques et sont incluses dans la plupart des meilleurs kits de démarrage Arduino .
Symbole de diode
Le symbole d'une diode est illustré ci-dessous. La pointe de flèche pointe dans la direction du flux de courant conventionnel dans la condition de polarisation directe. Cela signifie que l'anode est connectée au côté p et la cathode est connectée au côté n.
Symbole de diode
Nous pouvons créer une diode de jonction PN simple en dopant l'impureté pentavalente ou donneuse dans une partie et l'impureté trivalente ou accepteur dans l'autre partie du bloc de cristal de silicium ou de germanium.
Ces dopages font une jonction PN dans la partie médiane du bloc. Nous pouvons également former une jonction PN en se joignant à un semi-conducteur de type p et semi - conducteurs de type n avec une technique de fabrication spéciale. La borne connectée au type p est l'anode. La borne connectée au côté de type n est la cathode.
Diode
Principe de fonctionnement de la diode
Le principe de fonctionnement d'une diode dépend de l'interaction de type n et de type p semiconducteurs. Un semi-conducteur de type n a beaucoup d'électrons libres et très peu de trous. En d'autres termes, on peut dire que la concentration d'électrons libres est élevée et celle de trous est très faible dans un semi-conducteur de type n.
Les électrons libres dans le semi-conducteur de type n sont appelés porteurs de charge majoritaires, et les trous dans le semi-conducteur de type n sont appelés porteurs de charge minoritaires.
Un semi-conducteur de type p a une concentration élevée de trous et une faible concentration d'électrons libres. Les trous dans le semi-conducteur de type p sont des porteurs de charge majoritaires, et les électrons libres dans le semi-conducteur de type p sont des porteurs de charge minoritaires.
Diode impartiale
Voyons maintenant ce qui se passe lorsqu'une région de type n et une région de type p entrent en contact. Ici, en raison des différences de concentration, les porteurs majoritaires diffusent d'un côté à l'autre. Comme la concentration des trous est élevée dans la région de type p et faible dans la région de type n, les trous commencent à diffuser de la région de type p à la région de type n.
Encore une fois, la concentration d'électrons libres est élevée dans la région de type n et elle est faible dans la région de type p et pour cette raison, les électrons libres commencent à diffuser de la région de type n vers la région de type p.
Les électrons libres diffusant dans la région de type p à partir de la région de type n se recombineraient avec les trous qui y sont disponibles et créeraient des ions négatifs découverts dans la région de type p. De la même manière, les trous diffusant dans la région de type n à partir de la région de type p se recombineraient avec les électrons libres qui y sont disponibles et créeraient des ions positifs découverts dans la région de type n.
De cette façon, il y aurait une couche d'ions négatifs dans le côté de type p et une couche d'ions positifs dans la région de type n apparaîtrait le long de la ligne de jonction de ces deux types de semi-conducteurs. Les couches d'ions positifs non couverts et d'ions négatifs non couverts forment une région au milieu de la diode où aucun porteur de charge n'existe puisque tous les porteurs de charge se recombinent ici dans cette région. En raison du manque de porteurs de charge, cette région est appelée région d'épuisement.
Schéma du circuit de diode
Après la formation de la région d'appauvrissement, il n'y a plus de diffusion des porteurs de charge d'un côté à l'autre dans la diode. Cela est dû au fait que le champ électrique apparu à travers la région d'appauvrissement empêchera une migration supplémentaire des porteurs de charge d'un côté à l'autre.
Le potentiel de la couche d'ions positifs non couverts du côté de type n abrogerait les trous du côté de type p et le potentiel de la couche d'ions négatifs non couverts du côté de type p abrogerait les électrons libres du n- côté type. Cela signifie qu'une barrière potentielle est créée à travers la jonction pour empêcher une nouvelle diffusion des porteurs de charge.
Diode polarisée vers l'avant
Voyons maintenant ce qui se passe si une borne positive d'une source est connectée au côté de type p et la borne négative de la source est connectée au côté de type n de la diode et si nous augmentons
lentement la tension de cette source de zéro.
Au début, aucun courant ne traverse la diode. En effet, bien qu'un champ électrique externe soit appliqué à travers la diode, les porteurs de charge majoritaires n'obtiennent toujours pas une influence suffisante du champ externe pour traverser la région d'appauvrissement. Comme nous l'avons dit, la région d'épuisement agit comme une barrière potentielle contre les porteurs de charges majoritaires.
Cette barrière potentielle est appelée barrière potentielle directe. Les porteurs de charges majoritaires ne commencent à traverser la barrière de potentiel direct que lorsque la valeur de la tension appliquée à l'extérieur à travers la jonction est supérieure au potentiel de la barrière directe. Pour les diodes au silicium, le potentiel de barrière avant est de 0,7 volt et pour les diodes au germanium, il est de 0,3 volt.
Lorsque la tension directe appliquée à l'extérieur à travers la diode devient supérieure au potentiel de barrière directe, les porteurs de charge à majorité libre commencent à traverser la barrière et contribuent au courant de diode direct. Dans cette situation, la diode se comporterait comme un chemin court-circuité et le courant direct serait limité par des résistances connectées uniquement à la diode.
Diode de polarisation avant
Diode à polarisation inverse
Voyons maintenant ce qui se passe si nous connectons la borne négative de la source de tension au côté de type p et la borne positive de la source de tension au côté de type n de la diode. Dans cette condition, en raison de l'attraction électrostatique du potentiel négatif de la source, les trous dans la région de type p seraient plus éloignés de la jonction, laissant plus d'ions négatifs découverts à la jonction.
De la même manière, les électrons libres dans la région de type n seraient plus éloignés de la jonction vers la borne positive de la source de tension, laissant plus d'ions positifs découverts dans la jonction.
Du fait de ce phénomène, la région d'appauvrissement s'élargit. Cette condition d'une diode est appelée la condition de polarisation inverse. À cette condition, aucun transporteur majoritaire ne traverse la jonction et s'éloigne de la jonction. De cette façon, une diode bloque le flux de courant lorsqu'elle est polarisée en inverse.
Comme nous l'avons déjà dit au début de cet article, il y a toujours des électrons libres dans le semi-conducteur de type p et quelques trous dans le semi-conducteur de type n. Ces porteurs de charge opposés dans un semi-conducteur sont appelés porteurs de charge minoritaires.
Dans la condition de polarisation inverse, les trous se trouvant du côté de type n traverseraient facilement la région d'appauvrissement à polarisation inverse car le champ à travers la région d'épuisement ne se présente pas, il aide plutôt les porteurs de charge minoritaires à traverser la région d'épuisement.
En conséquence, il y a un minuscule courant traversant la diode du positif au négatif. L'amplitude de ce courant est très faible car le nombre de porteurs de charge minoritaires dans la diode est très faible. Ce courant est appelé courant de saturation inverse.
Si la tension inverse à travers une diode augmente au-delà d'une valeur sûre, en raison d'une force électrostatique plus élevée et en raison de l'énergie cinétique plus élevée des porteurs de charge minoritaires entrant en collision avec des atomes, un certain nombre de liaisons covalentes se brisent pour contribuer à un grand nombre de trous d'électrons libres paires dans la diode et le processus est cumulatif.
Le grand nombre de tels porteurs de charge générés contribuerait à un énorme courant inverse dans la diode. Si ce courant n'est pas limité par une résistance externe connectée au circuit de diode, la diode peut être définitivement détruite.
Diode de polarisation inverse
Types de diode
Les types de diodes comprennent:
- Diode Zener
- Diode de jonction PN
- Diode tunnel
- Diode varactor
- Diode Schottky
- Photodiode
- Diode PIN
- Diode laser
- Diode d'avalanche
- Diode électro-luminescente
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