Les diodes semi-conductrices sont largement utilisées dans l'électronique et l'industrie électronique. Ils sont utilisés à la fois indépendamment et comme jonction p-n de transistors et de nombreux autres dispositifs. En tant que composant discret, les diodes sont un élément clé de nombreux circuits électroniques. Ils trouvent de nombreuses applications allant des applications à faible puissance aux redresseurs.
Qu'est-ce qu'une diode ?
Traduit du grec, le nom de cet élément électronique signifie littéralement "deux bornes". Ils sont appelés anode et cathode. Dans un circuit, le courant circule de l'anode à la cathode. La diode semi-conductrice est un élément unilatéral et le flux de courant dans la direction opposée est bloqué.
Principe de fonctionnement
Le dispositif des diodes semi-conductrices est très différent. C'est la raison pour laquelle il en existe de nombreux types, qui diffèrent à la fois par leur valeur faciale et par les fonctions qu'ils remplissent. Cependant, dans la plupart des cas, le principe de basele fonctionnement des diodes semi-conductrices est le même. Ils contiennent une jonction p-n, qui fournit leur fonctionnalité de base.
Ce terme est généralement utilisé en référence à la forme standard d'une diode. En fait, cela s'applique à presque tous les types d'entre eux. Les diodes constituent l'épine dorsale de l'industrie électronique moderne. Tout - des éléments simples et des transistors aux microprocesseurs modernes - est basé sur des semi-conducteurs. Le principe de fonctionnement d'une diode à semi-conducteur est basé sur les propriétés des semi-conducteurs. La technologie repose sur un groupe de matériaux dont l'introduction d'impuretés dans le réseau cristallin permet d'obtenir des régions dans lesquelles les trous et les électrons sont porteurs de charge.
P-n-jonction
La diode de type p-n tire son nom du fait qu'elle utilise une jonction p-n qui permet au courant de circuler dans une seule direction. L'élément a d'autres propriétés qui sont également largement utilisées. Les diodes semi-conductrices, par exemple, peuvent émettre et détecter de la lumière, modifier la capacité et réguler la tension.
P-n-jonction est une structure semi-conductrice de base. Comme son nom l'indique, il s'agit d'une jonction entre les régions de type p et n. La transition permet aux porteurs de charge de se déplacer dans une seule direction, ce qui, par exemple, permet de convertir le courant alternatif en courant continu.
Les diodes standard sont généralement fabriquées à partir de silicium, bien que le germanium et d'autres matériaux semi-conducteurs soient également utilisés, principalement à des fins spéciales.
Volt-caractéristique d'ampère
La diode est caractérisée par une courbe courant-tension, qui peut être divisée en 2 branches: directe et inverse. Dans le sens opposé, le courant de fuite est proche de 0, mais avec l'augmentation de la tension, il augmente lentement et, lorsque la tension de claquage est atteinte, il commence à augmenter fortement. Dans le sens direct, le courant augmente rapidement avec une tension appliquée supérieure au seuil de conduction, qui est de 0,7 V pour les diodes au silicium et de 0,4 V pour le germanium. Les cellules qui utilisent des matériaux différents ont des caractéristiques de volt-ampère, des seuils de conduction et des tensions de claquage différentes.
La diode à jonction p-n peut être considérée comme un dispositif de niveau basique. Il est largement utilisé dans de nombreuses applications allant des circuits de signaux et des détecteurs aux limiteurs ou aux suppresseurs de transitoires dans les bobines d'induction ou de relais et les redresseurs haute puissance.
Caractéristiques et paramètres
Les spécifications des diodes fournissent beaucoup de données. Cependant, des explications précises de ce qu'ils sont ne sont pas toujours disponibles. Vous trouverez ci-dessous le détail des différentes caractéristiques et paramètres de la diode, qui sont donnés dans les spécifications.
Matériau semi-conducteur
Le matériau utilisé dans les jonctions p-n est d'une importance primordiale car il affecte de nombreuses caractéristiques fondamentales des diodes à semi-conducteurs. Le silicium est le plus utilisé en raison de son rendement élevé et de ses faibles coûts de production. Un autre fréquemment utilisél'élément est le germanium. D'autres matériaux sont généralement utilisés dans les diodes à usage spécial. Le choix du matériau semi-conducteur est important car il détermine le seuil de conduction - environ 0,6 V pour le silicium et 0,3 V pour le germanium.
Chute de tension en mode courant continu (U pr.)
Tout circuit électrique traversé par un courant provoque une chute de tension, et ce paramètre d'une diode à semi-conducteur est d'une grande importance, en particulier pour le redressement, lorsque les pertes de puissance sont proportionnelles à U moy. De plus, les composants électroniques doivent souvent fournir une petite chute de tension, car les signaux peuvent être faibles, mais ils doivent encore la surmonter.
Cela se produit pour deux raisons. Le premier réside dans la nature même de la jonction p-n et résulte d'une tension de seuil de conduction qui permet au courant de traverser la couche d'appauvrissement. La deuxième composante est la perte résistive normale.
L'indicateur est d'une grande importance pour les diodes de redressement, qui peuvent transporter des courants importants.
Tension inverse crête (U arr. max)
Il s'agit de la tension inverse la plus élevée qu'une diode à semi-conducteur puisse supporter. Il ne doit pas être dépassé, sinon l'élément peut tomber en panne. Ce n'est pas seulement la tension RMS du signal d'entrée. Chaque circuit doit être considéré sur ses mérites, mais pour un simple redresseur simple demi-onde avec un condensateur de lissage, rappelez-vous que le condensateur maintiendra une tension égale au pic de l'entréesignal. La diode sera alors soumise au pic du signal entrant dans le sens inverse, et donc dans ces conditions il y aura une tension inverse maximale égale à la valeur crête de l'onde.
Courant direct maximal (U pr. max)
Lors de la conception d'un circuit électrique, assurez-vous que les niveaux de courant de diode maximum ne sont pas dépassés. À mesure que le courant augmente, une chaleur supplémentaire est générée, qui doit être évacuée.
Courant de fuite (I arr.)
Dans une diode idéale, il ne devrait pas y avoir de courant inverse. Mais dans les jonctions p-n réelles, cela est dû à la présence de porteurs de charge minoritaires dans le semi-conducteur. La quantité de courant de fuite dépend de trois facteurs. De toute évidence, le plus important d'entre eux est la tension inverse. De plus, le courant de fuite dépend de la température - avec sa croissance, il augmente considérablement. De plus, il dépend fortement du type de matériau semi-conducteur. À cet égard, le silicium est bien meilleur que le germanium.
Le courant de fuite est déterminé à une certaine tension inverse et à une certaine température. Il est généralement spécifié en microampères (ΜA) ou en picoampères (pA).
Capacité de transition
Toutes les diodes semi-conductrices ont une capacité de jonction. La zone d'appauvrissement est une barrière diélectrique entre deux plaques qui se forment au bord de la région d'appauvrissement et de la région avec les porteurs de charge majoritaires. La valeur réelle de la capacité dépend de la tension inverse, ce qui entraîne une modification de la zone de transition. Son augmentation élargit la zone de déplétion et, par conséquent,réduit la capacité. Ce fait est exploité dans les varactors ou les varicaps, mais pour d'autres applications, notamment les applications RF, cet effet doit être minimisé. Le paramètre est généralement spécifié en pF à une tension donnée. Des diodes spéciales à faible résistance sont disponibles pour de nombreuses applications RF.
Type de cas
Selon le but, les diodes semi-conductrices sont produites dans des boîtiers de différents types et formes. Dans certains cas, notamment lorsqu'il est utilisé dans des circuits de traitement du signal, le boîtier est un élément clé pour déterminer les caractéristiques globales de cet élément électronique. Dans les circuits de puissance où la dissipation thermique est importante, le boîtier peut déterminer de nombreux paramètres généraux d'une diode. Les appareils à haute puissance doivent pouvoir être connectés à un dissipateur thermique. Des articles plus petits peuvent être produits dans des boîtiers en plomb ou en tant que dispositifs de montage en surface.
Types de diodes
Parfois, il est utile de se familiariser avec la classification des diodes semi-conductrices. Cependant, certains articles peuvent appartenir à plusieurs catégories.
Diode inversée. Bien qu'il ne soit pas aussi largement utilisé, il s'agit d'un type d'élément de type p-n, qui dans son action est très similaire au tunnel. Dispose d'une faible chute de tension à l'état passant. Trouve une utilisation dans les détecteurs, les redresseurs et les commutateurs haute fréquence.
Diode de transit d'injection. Il a beaucoup en commun avec le vol d'avalanche plus courant. Utilisé dans les générateurs de micro-ondes et les systèmes d'alarme.
Diode Gunn. Il n'appartient pas au type p-n, mais est un dispositif semi-conducteur à deux bornes. Il est couramment utilisé pour générer et convertir des signaux micro-ondes dans la gamme 1-100 GHz.
L'émetteur de lumière ou LED est l'un des types de composants électroniques les plus populaires. En polarisation directe, le courant circulant dans la jonction provoque l'émission de lumière. Ils utilisent des semi-conducteurs composés (par exemple l'arséniure de gallium, le phosphure de gallium, le phosphure d'indium) et peuvent briller dans une variété de couleurs, bien qu'ils aient été limités à l'origine au rouge uniquement. Il existe de nombreux nouveaux développements qui modifient la façon dont les écrans fonctionnent et sont produits, l'OLED en étant un exemple.
Photodiode. Utilisé pour détecter la lumière. Lorsqu'un photon rencontre une jonction p-n, il peut créer des électrons et des trous. Les photodiodes fonctionnent généralement dans des conditions de polarisation inverse, où même de petits courants générés par la lumière peuvent être facilement détectés. Les photodiodes peuvent être utilisées pour produire de l'électricité. Parfois, des éléments de type broche sont utilisés comme photodétecteurs.
Pin-diode. Le nom de l'élément électronique décrit bien le dispositif d'une diode à semi-conducteur. Il a des régions standard de type p et n, mais il y a une région interne sans impuretés entre elles. Cela a pour effet d'augmenter la surface de la région d'appauvrissement, ce qui peut être utile pour la commutation, ainsi que dans les photodiodes, etc.
La jonction p-n standard peut être considérée comme une normaleou le type de diode standard utilisé aujourd'hui. Ils peuvent être utilisés dans les applications RF ou basse tension, ainsi que dans les redresseurs haute tension et haute puissance.
Diodes Schottky. Ils ont une chute de tension directe inférieure à celle des semi-conducteurs au silicium de type p-n standard. Aux faibles courants, elle peut être de 0,15 à 0,4 V, et non 0,6 V, comme pour les diodes au silicium. Pour ce faire, ils ne sont pas fabriqués comme d'habitude - ils utilisent un contact métal-semi-conducteur. Ils sont largement utilisés comme limiteurs, redresseurs et dans les équipements radio.
Diode avec accumulation de charge. Il s'agit d'un type de diode micro-ondes utilisée pour générer et mettre en forme des impulsions à très hautes fréquences. Son fonctionnement est basé sur une caractéristique de déclenchement très rapide.
Diode laser. Il diffère de l'émission de lumière ordinaire car il produit une lumière cohérente. Les diodes laser sont utilisées dans de nombreux appareils, des lecteurs de DVD et de CD aux pointeurs laser. Ils sont beaucoup moins chers que les autres formes de lasers, mais nettement plus chers que les LED. Ils ont une durée de vie limitée.
Diode tunnel. Bien qu'il ne soit pas largement utilisé aujourd'hui, il était auparavant utilisé dans les amplificateurs, les oscillateurs et les dispositifs de commutation, les circuits de synchronisation des oscilloscopes, lorsqu'il était plus efficace que d'autres éléments.
Varactor ou varicap. Utilisé dans de nombreux appareils RF. Pour cette diode, la polarisation inverse modifie la largeur de la couche d'appauvrissement en fonction de la tension appliquée. Dans cette configuration, ilagit comme un condensateur avec une région d'appauvrissement agissant comme un diélectrique isolant et des plaques formées par les régions conductrices. Utilisé dans les oscillateurs commandés en tension et les filtres RF.
Diode Zener. C'est un type de diode très utile car il fournit une tension de référence stable. Pour cette raison, la diode Zener est utilisée en grande quantité. Il fonctionne dans des conditions de polarisation inverse et perce lorsqu'une certaine différence de potentiel est atteinte. Si le courant est limité par une résistance, cela fournit une tension stable. Largement utilisé pour stabiliser les alimentations. Il existe 2 types de claquage inverse dans les diodes Zener: la décomposition Zener et l'ionisation par impact.
Ainsi, divers types de diodes semi-conductrices comprennent des éléments pour des applications à faible puissance et à forte puissance, émettant et détectant de la lumière, avec une faible chute de tension directe et une capacité variable. En plus de cela, il existe un certain nombre de variétés qui sont utilisées dans la technologie des micro-ondes.
