DIODES
& ALIMENTATIONS.

La diode conduit essentiellement dans un sens : de l'anode vers la cathode pour le courant conventionnel. La barre du symbole repère la cathode. Elle est formée de deux cristaux semi-conducteurs accolés - silicium ou germanium - dopés N et P. Le courant circule dans le sens P → NP donne N : quand la diode est passante, l'anode est reliée au + et la cathode au −. La cathode est repérée par une bague de couleur sur le composant.

Le dopage crée la conductibilité : un cristal type N a reçu des électrons libres (N comme négatif), un cristal type P des trous (manques d'électrons). À la frontière entre les deux zones - la jonction - électrons et trous se recombinent et forment une barrière de potentiel très résistante (plusieurs MΩ) tant qu'aucune tension ne la force.

En sens direct, la diode ne conduit qu'au-delà d'une tension de seuil : 0,6 à 0,7 V0,6 à 0,7 volts pour le silicium, 0,3 V0,3 volts pour le germanium. Passé ce seuil, l'intensité augmente très vite. En sens inverse, la résistance interne est très élevée (plusieurs centaines de kΩ) : la diode est bloquée.

La tension inverse admissible a toutefois une limite : la tension de claquage (ou d'avalanche, dite tension Zener). À ce moment, la jonction cesse de se bloquer et le courant inverse augmente fortement. Selon la diode, cet état est réversible (c'est le principe de la diode Zener) ou irréversible (destruction d'une diode de redressement).

La diode a aussi d'autres limites à respecter, données par le fabricant : le courant direct maximal (au-delà, la jonction s'échauffe et se détruit), la puissance maximale dissipée (produit tension × courant, à évacuer par le boîtier) et la température de la jonction, qui ne doit jamais dépasser la valeur admise. C'est pourquoi les diodes de puissance sont vissées sur un radiateur : il évacue la chaleur et fait baisser la température de la jonction.

La diode Zener (symbole en Z) se monte en sens inverse et sert de stabilisateur de tension : au-delà de sa tension d'avalanche, elle devient brusquement passante et écrête l'excédent, comme la soupape d'une cocotte-minute.

La diode Varicap (double trait sur la cathode, comme un condensateur) se monte aussi en inverse et remplace un condensateur variable : plus la tension inverse est élevée, plus la barrière de potentiel s'élargit et plus sa capacité est faible. Des condensateurs isolent sa tension de commande. À défaut, des Zener - plus courantes et de capacité plus forte - peuvent tenir ce rôle.

Les LED (éclair ou flèches sur le symbole) émettent un photon à chaque recombinaison électron/trou. La couleur et le seuil dépendent du semi-conducteur : infrarouge 1,5 V, rouge 2 V, verte 3 V, bleue 3,3 Vinfrarouge 1,5 volts, rouge 2 volts, verte 3 volts, bleue 3,3 volts. Une résistance limite le courant à environ 20 mA20 milliampères.

Trois diodes de spécialité : la PIN (couche isolante entre P et N) sert de commutateur HF à la place des relais ; la Schottky (jonction semi-conducteur/métal) commute très vite avec un seuil de 0,25 V0,25 volts - on la trouve dans les mélangeurs en anneau et les ponts de redressement ; la Gunn, montée sur une cavité, servait d'oscillateur hyperfréquence au-delà de 10 GHz.

Pour transformer l'alternatif en continu, on redresse. Le redressement mono-alternance n'utilise qu'une seule diode : une alternance sur deux passe, la moitié de l'énergie est perdue.

Pour redresser les deux alternances, deux solutions : un transformateur à point milieu avec 2 diodes (chaque moitié de l'enroulement alimente une diode tour à tour), ou un transformateur classique avec un pont de diodes (pont de Graëtz, 4 diodes). Le transformateur à point milieu coûte plus cher et prend plus de place, mais dans un pont le courant traverse deux diodes à chaque alternance : la chute de tension est double, soit un peu plus de 1,4 V1,4 volts.

Dans le pont de Graëtz, les deux cathodes réunies forment la sortie positive et les deux anodes réunies la sortie négative ; l'alternatif est appliqué aux deux autres jonctions. À chaque alternance, deux diodes conduisent et le courant traverse la charge dans le même sens.

Après le redresseur, un condensateur électrochimique de forte valeur lisse la tension : il se charge au sommet de chaque alternance et restitue son énergie entre les sommets. La tension de sortie est ainsi maintenue à sa valeur de crête.

Conséquence importante : le courant dans les diodes n'existe que pendant le bref « remplissage » du condensateur, près du sommet de la sinusoïde. Le courant instantané dans les diodes est donc nettement supérieur au courant moyen délivré par l'alimentation, ce qui nuit au rendement.

Après le filtrage, un étage de stabilisation ou de régulation précède la charge. La charge est l'ensemble des équipements branchés sur l'alimentation ; vue par celle-ci, elle se comporte comme une résistance variable, car la consommation varie sous une tension fixe.

Un stabilisateur est monté en parallèle sur la charge : la diode Zener en est l'exemple type. Un régulateur est monté en série avec la charge, après le condensateur, et a besoin d'une tension de référence stabilisée. Les deux sont souvent combinés : une Zener fournit la référence à un régulateur bâti autour d'un transistor « ballast » monté en collecteur commun (que nous étudierons en T-07).