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
- 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
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.
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.
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
• 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 Vseuil, le courant circule librement
Tension de seuil (Vf) :
• 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
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.
• 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 (IR) :
• Silicium : quelques nA à µA (très faible)
• Germanium : quelques µA à mA (plus élevé)
• Dépend de la température (double tous les 10°C)
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 VRRM dans la datasheet.
Caractéristique courant-tension
Équation de Shockley (modèle de la diode) :
IS = Courant de saturation inverse (10⁻¹² à 10⁻⁹ A)
V = Tension aux bornes de la diode
n = Facteur d’idéalité (1 à 2)
VT = Tension thermique ≈ 26 mV à 25°C
Types de diodes
• Tension inverse max : 75-100 V
• Temps de commutation : 4 ns (très rapide)
• Vf @ 10mA : 0,7 V
• Boîtier : DO-35 (traversant)
• Tension inverse : 50V à 1000V selon modèle
• IFSM (pointe) : 30 A
• Temps de récupération : lent (µs)
• Usage : Redressement 50/60 Hz
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).
• Tension inverse max : 40 V
• Vf @ 1A : 0,45 V (très faible !)
• Temps de récupération : <10 ns
• IR : Plus élevé que Si standard
- Très faible chute de tension (meilleur rendement)
- Commutation ultra-rapide
- Pas de charge stockée (pas de trr)
- Tension inverse limitée (<200V généralement)
- Courant de fuite plus élevé
- Sensible à la température
• Maintient une tension constante VZ en inverse
• Tensions Zener disponibles : 2,4V à 200V
• Puissances : 400mW, 500mW, 1W, 5W, etc.
• Tolérance : ±5%, ±2%, ±1%
• 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
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 = (Vin – VZ) / IZ
• Jaune : Vf = 2,0-2,4V, λ ≈ 585-595nm
• Verte : Vf = 2,0-3,5V, λ ≈ 520-570nm
• Bleue : Vf = 3,0-3,6V, λ ≈ 450-490nm
• Blanche : Vf = 3,0-3,6V
• IR : Vf = 1,2-1,6V, λ ≈ 850-940nm
• Courant typique : 20 mA (max 30-50 mA)
Calcul de la résistance série :
Exemple : LED rouge (Vf=2V) à 20mA sur 5V
R = (5V – 2V) / 0,02A = 150 Ω
• 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
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.
• Capacité dépend de la tension inverse appliquée
• Plage typique : 5-50 pF
• Rapport Cmax/Cmin : 3:1 à 10:1
• Q (facteur de qualité) : 100-2000
• 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
Inconvénients : Faible rendement, ondulation importante, utilisation du transformateur limitée à 50%
Usage : Circuits de faible puissance, charges non critiques
• Les deux alternances sont utilisées
• Fréquence d’ondulation = 2 × fsecteur (100 Hz)
• Tension crête : VDC = √2 × VRMS – 2Vf
• Chute totale : 2 × Vf (≈1,4V pour Si)
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).
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).
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 | Vf typique | IF max | VR max | trr | 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) | VZ | 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