Fiche de révision : Diodes et semi-conducteurs

📋 Plan du Cours

1. Structure et symbole de la diode
2. Polarisation et conduction
3. Redressement du courant alternatif
4. Diode Zener et stabilisation
5. Thyristor commandé
6. Diodes électroluminescentes
7. Autres semi-conducteurs sensibles
8. Test fonctionnel des diodes

📖 1. Structure et symbole de la diode

🔑 Notions clés & Définitions

• Diode : Dipôle constitué d’une anode et d’une cathode, principalement réalisé à partir de cristaux semi-conducteurs de silicium ou de germanium.

💡 Astuce mémo

Anode A côté positif, cathode K côté négatif

📖 2. Polarisation et conduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Tension de seuil : Valeur minimale de tension à partir de laquelle une diode à semi-conducteurs laisse passer le courant dans un seul sens ; elle vaut environ 0,2 V pour le germanium et 0,7 V pour le silicium.
• Tension de claquage : Valeur maximale de tension inverse que peut supporter une diode avant de conduire.

📝 Points essentiels

📌 Lorsque VAK est positive, la diode est alimentée en direct, elle est passante et se comporte comme un interrupteur fermé, tandis que lorsque VAK est négative, elle est alimentée en inverse, elle est bloquée et se comporte comme un interrupteur ouvert.

💡 Astuce mémo

VAK positive → passante ; VAK négative → bloquée

📖 3. Redressement du courant alternatif

★ À maîtriser

• Lors d’un redressement monophasé simple alternance, la diode est passante pendant l’alternance positive et le courant traverse R, puis elle est bloquée pendant l’alternance négative et aucun courant ne traverse R.

• 🔄 Le pont de Graëtz fonctionne selon l’alternance appliquée:

  1. Alternance positive : d1 et d3 sont passantes, d2 et d4 sont bloquées
  2. Alternance négative : d2 et d4 sont passantes, d1 et d3 sont bloquées
  3. Le courant traverse R dans le même sens

📌 Un pont de diodes redresse un courant alternatif sinusoïdal pour obtenir un courant de polarité constante, mais un condensateur C placé en parallèle à sa sortie est nécessaire pour lisser ce courant et obtenir un courant continu.

Compléments

• Le redressement triphasé double alternance est composé de 6 diodes et est utilisé en aéronautique dans les transformateurs redresseurs pour obtenir une tension continue à partir d’un réseau alternatif triphasé.

💡 Astuce mémo

Simple alternance → double alternance → filtrage

📖 4. Diode Zener et stabilisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Diode Zener : Fonctionne comme une diode classique en direct et devient conductrice en inverse lorsque VAK atteint une valeur prédéterminée Vz appelée tension Zener.

★ À maîtriser

📌 Une diode Zener stabilise la tension et protège les circuits contre les surtensions en limitant la tension maximale appliquée à R à la tension Zener Vz, quelle que soit la valeur de U.

Compléments

• Les diodes Zener sont disponibles avec des tensions Vz allant de quelques volts à plusieurs centaines de volts et avec différentes puissances.

💡 Astuce mémo

Surtension inverse → conduction Zener → tension limitée

📖 5. Thyristor commandé

🔑 Notions clés & Définitions

• Thyristor : Diode munie d’une troisième électrode appelée gâchette G, en plus de l’anode A et de la cathode K.

📝 Points essentiels

• Lorsque VAK est positive, une impulsion de courant de faible amplitude injectée dans la gâchette rend le thyristor conducteur.

📌 Après la mise en conduction du thyristor, la gâchette devient inopérante pour ouvrir le circuit et le thyristor ne cesse de conduire que lorsque VAK s’annule.

💡 Astuce mémo

VAK positive → impulsion de gâchette → conduction maintenue

📖 6. Diodes électroluminescentes

🔑 Notions clés & Définitions

• LED : Transforme l’énergie électrique en énergie lumineuse d’une longueur d’onde donnée lorsqu’elle est alimentée en direct.

📝 Points essentiels

• Les LED peuvent être blanches, bleues, jaunes, rouges ou vertes.

• Avec trois pattes, une LED multicolore possède une cathode commune au centre, une anode rouge en première position et une anode verte en troisième position ; l’alimentation simultanée des deux anodes produit la couleur orange.

• Les LED sont utilisées comme voyants de signalisation, pour l’éclairage et, sous forme de LED infrarouges, dans les télécommandes de télévisions et de chaînes hi-fi.

💡 Astuce mémo

Une diode traversée en direct transforme l’électricité en lumière colorée

📖 7. Autres semi-conducteurs sensibles

🔑 Notions clés & Définitions

• CTN : Semi-conducteur dont la résistivité décroît lorsque la température augmente.
• Diode photoconductrice : Sensible à l’éclairement ou aux infrarouges non visibles et, utilisée en polarisation inverse, voit sa résistance diminuer proportionnellement à son éclairement.
• Varistance : Composant non linéaire dont la résistance dépend de la tension et qui protège les équipements contre les surtensions passagères.

📝 Points essentiels

• Les CTN servent à contrôler les températures, compenser les effets thermiques et détecter les variations de température, notamment dans les détecteurs de surchauffe aéronautiques.

• Lors d’une surtension, la résistance normalement élevée de la varistance, de plusieurs MΩ, chute très fortement, ce qui crée un court-circuit protégeant le montage situé en aval.

💡 Astuce mémo

CTN : température ; photodiode : lumière ; varistance : tension

📖 8. Test fonctionnel des diodes

★ À maîtriser

📌 Une diode doit être déconnectée de son circuit avant d’être testée au multimètre.

📌 En position ohmmètre, une diode en bon état présente une faible résistance dans le sens passant et une résistance élevée dans le sens bloqué.

• En position diode, on place la pointe rouge sur l’anode et la pointe noire sur la cathode ; une diode au silicium en bon état indique environ 0,6 V, tandis qu’une diode au germanium indique environ 0,2 V.

Compléments

• Une diode hors d’usage peut être conductrice dans les deux sens à cause d’un claquage ou bloquée dans les deux sens à cause de la fonte de la matière due à une surchauffe.

💡 Astuce mémo

Déconnecter → mesurer dans les deux sens → comparer au seuil

📊 Tableaux de synthèse

Comportement selon la polarisation