De la conception électronique à la production et à la réparation, les diodes sont largement utilisées pour plusieurs applications. Ceux-ci sont de différents types et transfèrent le courant électrique en fonction des propriétés et des spécifications de cette diode particulière. Ce sont principalement des diodes de jonction P-N, des diodes photosensibles, des diodes Zener, des diodes Schottky, des diodes Varactor. Les diodes photosensibles comprennent les LED, les photodiodes et les cellules photovoltaïques. Certains d'entre eux sont brièvement expliqués dans cet article.
1. Diode de jonction P-N
Une jonction P-N est un dispositif semi-conducteur, qui est formé par un matériau semi-conducteur de type P et de type N. Le type P a une concentration élevée de trous et le type N a une concentration élevée d'électrons. La diffusion des trous est du type p au type n et la diffusion des électrons est du type n au type p.
Les ions donneurs dans la région de type n deviennent chargés positivement lorsque les électrons libres passent du type n au type p. Par conséquent, une charge positive est construite du côté N de la jonction. Les électrons libres à travers la jonction sont les ions accepteurs négatifs en remplissant les trous, puis la charge négative établie sur le côté p de la jonction est représentée sur la figure.
Champ électrique formé par les ions positifs dans la région de type n et les ions négatifs dans les régions de type p. Cette région est appelée la région de diffusion. Puisque le champ électrique balaie rapidement les porteurs libres, la région est donc dépourvue de porteurs libres. Un potentiel V intégréavec unen raison de Ê est formé à la jonction est montré dans la figure.
Schéma fonctionnel de la diode de jonction P-N:
Schéma fonctionnel de la diode de jonction P-N
Caractéristiques avant de la jonction P-N:
Lorsque la borne positive de la batterie est connectée au type P et la borne négative est connectée au type N, la polarisation directe de la jonction P-N est indiquée ci-dessous.
Caractéristiques avant de la jonction P-N
Si cette tension externe devient supérieure à la valeur de la barrière de potentiel, environ 0,7 volts pour le silicium et 0,3 V pour Ge, la barrière de potentiel est franchie et le courant commence à circuler en raison du mouvement des électrons à travers la jonction et de même pour les trous.
Caractéristiques de polarisation directe de jonction P-N
Caractéristiques inverses de la jonction P-N:
Lorsqu'une tension positive est donnée à la partie n et une tension négative à la partie p de la diode, on dit qu'elle est en état de polarisation inverse.
Circuit de caractéristiques d'inversion de jonction P-N
Lorsqu'une tension positive est donnée à N-partie de la diode, les électrons se déplacent vers l'électrode positive et l'application d'une tension négative à la partie p fait se déplacer les trous vers l'électrode négative. En conséquence, les électrons traversent la jonction pour se combiner avec les trous du côté opposé de la jonction et vice versa. En conséquence, une couche d'appauvrissement est formée, ayant un chemin à haute impédance avec une barrière de potentiel élevé.
Caractéristiques de polarisation inverse de jonction P-N
Applications de la diode de jonction P-N:
La diode de jonction P-N est un dispositif sensible à la polarité à deux bornes, la diode conduit lorsqu'elle est en polarisation directe et la diode ne conduit pas lorsqu'elle est polarisée en inverse. En raison de ces caractéristiques, la diode de jonction P-N est utilisée dans de nombreuses applications telles que
- Redresseurs en DC source de courant
- Circuits de démodulation
- Réseaux de détourage et de serrage
2. Photodiode
La photodiode est une sorte de diode qui génère un courant proportionnel à l'énergie lumineuse incidente. C'est un convertisseur lumière / tension / courant qui trouve des applications dans les systèmes de sécurité, les convoyeurs, les systèmes de commutation automatique, etc. La photodiode est similaire à une LED dans sa construction mais sa jonction p-n est très sensible à la lumière. La jonction p-n peut être exposée ou emballée avec une fenêtre pour entrer la lumière dans la jonction P-N. Dans l'état polarisé en direct, le courant passe de l'anode à la cathode, tandis que dans l'état polarisé en inverse, le photocourant circule dans le sens inverse. Dans la plupart des cas, l'emballage de la photodiode est similaire à la LED avec des fils d'anode et de cathode faisant saillie hors du boîtier.
Diode photo
Il existe deux types de photodiodes: les photodiodes PN et PIN. La différence réside dans leurs performances. La photodiode PIN a une couche intrinsèque, elle doit donc être polarisée en inverse. En raison de la polarisation inverse, la largeur de la région d'appauvrissement augmente et la capacité de la jonction p-n diminue. Cela permet la génération de plus d'électrons et de trous dans la région d'appauvrissement. Mais un inconvénient de la polarisation inverse est qu'elle génère un courant de bruit qui peut réduire le rapport S / N. La polarisation inverse ne convient donc que dans les applications nécessitant une bande passante . La photodiode PN est idéale pour les applications à faible luminosité car son fonctionnement est sans biais.
La photodiode fonctionne selon deux modes à savoir le mode photovoltaïque et le mode photoconducteur. En mode photovoltaïque (également appelé mode polarisation zéro), le photocourant de l'appareil est restreint et une tension monte. La photodiode est maintenant dans l'état polarisé en direct et un «courant d'obscurité» commence à circuler à travers la jonction p-n. Ce flux de courant d'obscurité se produit à l'opposé de la direction du photocourant. Le courant d'obscurité se produit en l'absence de lumière. Le courant d'obscurité est le photocourant induit par le rayonnement de fond plus le courant de saturation dans l'appareil.
Le mode photoconducteur se produit lorsque la photodiode est polarisée en inverse. De ce fait, la largeur de la couche d'appauvrissement augmente et conduit à une réduction de la capacité de la jonction p-n. Cela augmente le temps de réponse de la diode. La réactivité est le rapport du photocourant généré à l'énergie lumineuse incidente. En mode photoconducteur, la diode ne génère qu'un petit courant appelé courant de saturation ou courant de retour le long de sa direction. Le photocourant reste le même dans cette condition. Le photocourant est toujours proportionnel à la luminescence. Même si le mode photoconducteur est plus rapide que le mode photovoltaïque, le bruit électronique est plus élevé en mode photoconducteur. Les photodiodes à base de silicium génèrent moins de bruit que les photodiodes à base de germanium car les photodiodes au silicium ont une bande interdite plus grande.
3. Diode Zener
La diode Zener est un type de diode qui permet la circulation du courant dans le sens direct similaire à une diode de redressement, mais en même temps, elle peut permettre le flux inverse du courant également lorsque la tension est supérieure à la valeur de claquage du Zener. Ceci est généralement un à deux volts plus élevé que la tension nominale du Zener et est connu sous le nom de tension Zener ou point d'avalanche. Le Zener a été nommé ainsi d'après Clarence Zener qui a découvert les propriétés électriques de la diode. Les diodes Zener trouvent des applications dans la régulation de tension et pour protéger les dispositifs à semi-conducteurs des fluctuations de tension. Les diodes Zener sont largement utilisées comme références de tension et comme régulateurs shunt pour réguler la tension entre les circuits.
La diode Zener utilise sa jonction p-n en mode de polarisation inverse pour donner l'effet Zener. Pendant l'effet Zener ou la panne de Zener, le Zener maintient la tension à proximité d'une valeur constante connue sous le nom de tension Zener. La diode conventionnelle possède également la propriété de polarisation inverse, mais si la tension de polarisation inverse est dépassée, la diode sera soumise à un courant élevé et elle sera endommagée. La diode Zener, quant à elle, est spécialement conçue pour avoir une tension de claquage réduite appelée tension Zener. La diode Zener présente également la propriété d'un claquage contrôlé et permet au courant de maintenir la tension aux bornes de la diode Zener proche de la tension de claquage. Par exemple, un Zener de 10 volts chutera de 10 volts sur une large gamme de courants inverses.
Lorsque la diode Zener est polarisée en inverse, sa jonction p-n subira une panne d'avalanche et le Zener conduira dans le sens inverse. Sous l'influence du champ électrique appliqué, les électrons de valance seront accélérés pour frapper et libérer d'autres électrons. Cela se termine par l'effet Avalanche. Lorsque cela se produit, un petit changement de tension se traduira par un flux de courant important. La décomposition du Zener dépend du champ électrique appliqué ainsi que de l'épaisseur de la couche sur laquelle la tension est appliquée.
La diode Zener nécessite une résistance de limitation de courant en série pour limiter le flux de courant à travers le Zener. En règle générale, le courant Zener est fixé à 5 mA. Par exemple, si un Zener 10 V est utilisé avec une alimentation 12 volts, une valeur de 400 Ohms (la valeur Near est de 470 Ohms) est idéale pour maintenir le courant Zener à 5 mA. Si l'alimentation est de 12 volts, il y a 10 volts aux bornes de la diode Zener et 2 volts aux bornes de la résistance. Avec 2 volts à travers la résistance de 400 ohms, le courant à travers la résistance et Zener sera de 5 mA. Ainsi, en règle générale, des résistances de 220 Ohms à 1K sont utilisées en série avec le Zener en fonction de la tension d'alimentation. Si le courant traversant le Zener est insuffisant, la sortie sera non régulée et inférieure à la tension de claquage nominale.
La formule suivante est utile pour déterminer le courant traversant le Zener:
Zener = (VIn - V Out) / R Ohms
La valeur de la résistance R doit satisfaire à deux conditions.
- Il doit s'agir d'une valeur faible pour permettre un courant suffisant à travers le Zener
- La puissance nominale de la résistance doit être suffisamment élevée pour protéger le Zener.
Crédit photo:
