Les Diodes

Composants semi-conducteurs à jonction PN
Contrôle du flux unidirectionnel du courant électrique

Qu’est-ce qu’une diode ?

Une diode est un composant électronique semi-conducteur fondamental qui permet au courant électrique de circuler dans une seule direction. Elle est constituée d’une jonction entre deux matériaux semi-conducteurs : une région de type P (dopée positivement) et une région de type N (dopée négativement). Cette structure simple mais ingénieuse crée une valve électronique unidirectionnelle essentielle à pratiquement tous les circuits électroniques modernes.

Inventée en 1904 par John Ambrose Fleming, la diode est l’un des composants les plus anciens et les plus utilisés en électronique. Des alimentations électriques aux circuits de protection, des détecteurs radio aux LED d’éclairage, les diodes sont omniprésentes. Pour les radioamateurs, elles sont particulièrement importantes dans les redresseurs d’alimentation, les détecteurs AM, les circuits de protection et bien d’autres applications.

Structure et principe de fonctionnement

Jonction PN

Composition de la jonction PN :

Région P : Semi-conducteur dopé avec des atomes accepteurs (déficit d’électrons → trous positifs)
Région N : Semi-conducteur dopé avec des atomes donneurs (excès d’électrons)
Zone de déplétion : Région à la jonction vidée de porteurs mobiles, créant une barrière de potentiel

🔬 Formation de la jonction

Lorsque les régions P et N sont mises en contact, les électrons de la région N diffusent vers la région P et se recombinent avec les trous. Cela crée une zone de déplétion (sans porteurs mobiles) et un champ électrique interne qui s’oppose à toute diffusion ultérieure. C’est ce champ qui donne à la diode ses propriétés de rectification.

Symbole électrique

Repérage sur le composant :
La cathode est toujours marquée par une bande (anneau) sur le corps de la diode. Cette convention est universelle et permet d’identifier rapidement le sens de montage.

Mémo : La flèche du symbole pointe vers la cathode (barre verticale). Le courant circule dans le sens de la flèche en polarisation directe.

⚠️ Attention au sens de montage

Monter une diode à l’envers peut avoir des conséquences graves selon l’application : dans un circuit de redressement, elle ne fonctionnera pas ; dans un circuit de protection, elle peut détruire les composants qu’elle est censée protéger. Vérifiez TOUJOURS le marquage de la cathode avant de souder !

Polarisation de la diode

Polarisation directe (passante)

Conditions et caractéristiques :

Branchement :
• Borne positive (+) connectée à l’anode (P)
• Borne négative (-) connectée à la cathode (N)

Comportement :
• Les électrons sont poussés vers la jonction
• La zone de déplétion se rétrécit
• Au-delà de V_seuil, le courant circule librement

Tension de seuil (V_f) :
• Silicium : ≈ 0,7 V
• Germanium : ≈ 0,3 V
• Schottky : ≈ 0,2-0,4 V
• LED rouge : ≈ 1,8-2,2 V
• LED bleue/blanche : ≈ 3,0-3,6 V

Résistance dynamique :
En polarisation directe au-delà du seuil, la diode se comporte comme une faible résistance (quelques ohms seulement). C’est pourquoi il est essentiel d’ajouter une résistance série pour limiter le courant et éviter la destruction de la diode.

Polarisation inverse (bloquée)

Conditions et caractéristiques :

Branchement :
• Borne négative (-) connectée à l’anode (P)
• Borne positive (+) connectée à la cathode (N)

Comportement :
• Les électrons sont attirés loin de la jonction
• La zone de déplétion s’élargit
• La barrière de potentiel augmente
• Le courant est bloqué (sauf courant de fuite minimal)

Courant de fuite inverse (I_R) :
• Silicium : quelques nA à µA (très faible)
• Germanium : quelques µA à mA (plus élevé)
• Dépend de la température (double tous les 10°C)

⚠️ Tension inverse maximale (PIV)

Chaque diode a une tension inverse maximale (Peak Inverse Voltage ou PIV) qu’elle peut supporter. Au-delà de cette tension, la jonction subit un claquage avalanche et la diode peut être détruite (sauf pour les diodes Zener qui sont conçues pour fonctionner dans cette zone). Vérifiez toujours le V_RRM dans la datasheet.

Caractéristique courant-tension

_R -V_RRM Tension de seuil Région de conduction I_R (fuite) Région de blocage Claquage avalanche I_F croît exponentiellement 0 Caractéristique I-V d’une diode au silicium Zones de fonctionnement : Polarisation directe (V > 0,7V) Polarisation inverse (courant bloqué) Claquage (zone destructive)

Équation de Shockley (modèle de la diode) :

I = I_S × (e^V/(nV_T) – 1)

I_S = Courant de saturation inverse (10⁻¹² à 10⁻⁹ A)
V = Tension aux bornes de la diode
n = Facteur d’idéalité (1 à 2)
V_T = Tension thermique ≈ 26 mV à 25°C

Types de diodes

Signal

Diodes signal (1N4148, 1N914)

Caractéristiques typiques :

• Courant direct max : 200-300 mA
• Tension inverse max : 75-100 V
• Temps de commutation : 4 ns (très rapide)
• V_f @ 10mA : 0,7 V
• Boîtier : DO-35 (traversant)

Applications : Circuits logiques, détection RF, découplage, protection, circuits de commutation rapide, démodulation AM.

Redressement

Diodes de redressement (1N400x)

Série 1N400x (1N4001 à 1N4007) :

• Courant direct max : 1 A
• Tension inverse : 50V à 1000V selon modèle
• I_FSM (pointe) : 30 A
• Temps de récupération : lent (µs)
• Usage : Redressement 50/60 Hz

Applications : Alimentations linéaires, ponts de Graetz, protection contre les surtensions, circuits de redressement secteur, roue libre sur relais/moteurs.

🔌 Choix du modèle 1N400x

1N4001 (50V), 1N4002 (100V), 1N4003 (200V), 1N4004 (400V), 1N4005 (600V), 1N4006 (800V), 1N4007 (1000V). Pour le secteur 230V, utilisez minimum 1N4004 (×2 pour marge de sécurité sur la tension crête).

Schottky

Diodes Schottky (1N5817-19)

Caractéristiques (exemple 1N5819) :

• Courant direct max : 1 A
• Tension inverse max : 40 V
• V_f @ 1A : 0,45 V (très faible !)
• Temps de récupération : <10 ns
• I_R : Plus élevé que Si standard

✅ Avantages :

Très faible chute de tension (meilleur rendement)
Commutation ultra-rapide
Pas de charge stockée (pas de t_rr)

❌ Inconvénients :

Tension inverse limitée (<200V généralement)
Courant de fuite plus élevé
Sensible à la température

Applications : Alimentations à découpage (SMPS), redressement haute fréquence, protection contre les inversions de polarité, circuits basse tension.

Zener

Diodes Zener (régulation)

_out = V_Z (constante)

Principe et caractéristiques :

• Conçue pour fonctionner en claquage contrôlé
• Maintient une tension constante V_Z en inverse
• Tensions Zener disponibles : 2,4V à 200V
• Puissances : 400mW, 500mW, 1W, 5W, etc.
• Tolérance : ±5%, ±2%, ±1%

Applications :
• Régulation de tension : Créer une référence de tension stable
• Protection : Écrêtage des surtensions (transil)
• Circuits de polarisation : Fournir une tension fixe
• Limiteur : Limiter l’amplitude d’un signal

⚠️ Résistance série obligatoire

Une diode Zener doit TOUJOURS être utilisée avec une résistance série pour limiter le courant. Sans cette résistance, le courant peut devenir excessif et détruire la diode. Calcul : R = (V_in – V_Z) / I_Z

LED

LED (Light Emitting Diode)

Caractéristiques par couleur :

• Rouge : V_f = 1,8-2,2V, λ ≈ 620-630nm
• Jaune : V_f = 2,0-2,4V, λ ≈ 585-595nm
• Verte : V_f = 2,0-3,5V, λ ≈ 520-570nm
• Bleue : V_f = 3,0-3,6V, λ ≈ 450-490nm
• Blanche : V_f = 3,0-3,6V
• IR : V_f = 1,2-1,6V, λ ≈ 850-940nm
• Courant typique : 20 mA (max 30-50 mA)

Calcul de la résistance série :

R = (V_alim – V_f) / I_LED

Exemple : LED rouge (V_f=2V) à 20mA sur 5V
R = (5V – 2V) / 0,02A = 150 Ω

Applications radioamateur : Indicateurs d’état (TX/RX), afficheurs, VU-mètres, éclairage de panneau, coupleurs optiques, communications optiques.

Fast/Ultrafast

Diodes rapides (UF400x, FRED)

Diodes rapides et ultra-rapides :

Fast Recovery (FR) :
• Temps de récupération : 50-200 ns
• Exemple : UF4007 (1A, 1000V, 75ns)
• Usage : SMPS basse fréquence (20-100 kHz)

Ultra-Fast Recovery (UFR) :
• Temps de récupération : <50 ns
• Exemple : MUR160 (1A, 600V, 35ns)
• Usage : SMPS haute fréquence (>100 kHz)

FRED (Fast Recovery Epitaxial Diode) :
• Temps de récupération : 20-100 ns
• Soft recovery (moins de bruit RF)
• Usage : Applications sensibles au bruit

Importance du t_rr :
Le temps de récupération inverse (reverse recovery time) est critique dans les alimentations à découpage. Une diode lente génère des pertes importantes et du bruit électromagnétique lors de la commutation.

Varicap

Diodes varicap / varactor

Principe et utilisation :

• Fonctionne en polarisation inverse
• Capacité dépend de la tension inverse appliquée
• Plage typique : 5-50 pF
• Rapport C_max/C_min : 3:1 à 10:1
• Q (facteur de qualité) : 100-2000

Applications en radio :
• Oscillateurs contrôlés en tension (VCO)
• Accord électronique : Récepteurs AM/FM
• Multiplicateurs de fréquence
• Modulateurs de phase (PM)
• Filtres accordables

Très utilisées dans les synthétiseurs PLL et les récepteurs modernes.

Applications pratiques

Redressement simple alternance

_L Entrée AC Sortie redressée Une seule alternance est conservée Rendement : 40,6% (peu efficace)

Avantages : Simple, 1 seule diode
Inconvénients : Faible rendement, ondulation importante, utilisation du transformateur limitée à 50%
Usage : Circuits de faible puissance, charges non critiques

Pont de Graetz (redressement double alternance)

_L + – Les deux alternances sont redressées Rendement : 81,2% (très efficace)

Pont de Graetz :

• 4 diodes en configuration pont
• Les deux alternances sont utilisées
• Fréquence d’ondulation = 2 × f_secteur (100 Hz)
• Tension crête : V_DC = √2 × V_RMS – 2V_f
• Chute totale : 2 × V_f (≈1,4V pour Si)

Usage : Pratiquement toutes les alimentations linéaires modernes. Bien plus efficace que le redressement simple alternance. Condensateur de filtrage généralement ajouté en parallèle sur R_L.

Protection inverse de polarité

_protection Circuit Si la polarité est inversée, la diode bloque et protège le circuit

🛡️ Protection efficace mais…

Cette protection simple est efficace mais présente un inconvénient : la chute de tension de 0,7V en permanence. Pour les circuits basse tension ou à courant élevé, préférer un MOSFET P-channel en protection inverse (chute <0,1V).

Diode de roue libre (flyback)

_{roue libre} +V Absorbe la surtension lors de l’ouverture Protège le transistor de commutation

⚠️ Obligatoire sur charges inductives

Toute charge inductive (relais, moteur, électrovanne, bobine) DOIT avoir une diode de roue libre en parallèle. Sans elle, la surtension générée à l’ouverture peut atteindre plusieurs centaines de volts et détruire le transistor de commande. Utilisez une diode rapide (1N4148 ou équivalent).

Détecteur d’enveloppe AM

Principe : La diode redresse le signal RF modulé en amplitude. Le filtre RC (passe-bas) extrait l’enveloppe du signal, qui correspond au signal audio modulant. C’est le démodulateur le plus simple pour l’AM.

Valeurs typiques :
• Diode : 1N4148, 1N34A (Ge), OA90, BAT85 (Schottky)
• C : 100-470 pF (selon fréquence RF)
• R : 10-100 kΩ (impédance écouteur/ligne)

Tableau récapitulatif comparatif

Type	V_f typique	I_F max	V_R max	t_rr	Applications principales
Signal (1N4148)	0,7 V	200 mA	100 V	4 ns	Circuits logiques, détection, commutation
Redressement (1N4007)	0,7-1,0 V	1 A	1000 V	30 µs	Alimentation secteur, redressement BF
Schottky (1N5819)	0,3-0,45 V	1 A	40 V	<10 ns	SMPS, circuits basse tension, HF
Fast (UF4007)	0,7-1,0 V	1 A	1000 V	75 ns	SMPS, redressement rapide
Zener (BZX55)	V_Z	500 mW	–	–	Régulation, protection, référence
LED rouge	1,8-2,2 V	20-30 mA	5 V	–	Indicateurs, affichage, éclairage
LED bleue/blanche	3,0-3,6 V	20-30 mA	5 V	–	Éclairage, affichage, signalisation
Varicap (BB909)	–	20 mA	30 V	–	VCO, accord électronique, synthétiseurs

Conclusion

Les diodes sont des composants très courants et utiles dans presque tous les circuits électroniques. Elles servent notamment à redresser le courant alternatif, détecter des signaux radio, protéger les circuits ou encore fournir une indication visuelle. Pour les radioamateurs, il est important de bien les connaître : on les retrouve dans les alimentations, les détecteurs AM, les protections, les voyants d’état, et bien d’autres parties d’une station.

Le choix d’une diode dépend de quelques paramètres clés : tension de seuil, courant maximal, tension inverse, temps de récupération et usage prévu. Une mauvaise diode peut réduire les performances d’un circuit, voire l’endommager. Il est donc conseillé de consulter les fiches techniques et de respecter leurs limites.

Avec un minimum de connaissances sur les diodes, vous pourrez concevoir ou dépanner vos montages plus facilement.

73 et bonnes expérimentations !

2025 – Guide des Diodes

Pour plus d’informations : ARRL Handbook, The Art of Electronics, Datasheets fabricants