Qu'est-ce qu'une diode ? Comment la choisir ?

Introduction

Les diodes sont utiles dans de nombreux domaines de l’électronique, notamment pour protéger un circuit en cas de court-circuit, évacuer le courant résiduel et convertir du courant alternatif en courant continu. 

La diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens, en raison de sa polarisation. Elle est composée de deux broches : l’anode (+) et la cathode (-).

Il existe plusieurs types de diodes :

  • Les diodes de redressement et de détection : composées d’une jonction PN.
  • Les diodes de régulation : également appelées diodes Zener.
  • Les diodes électroluminescentes : plus connues sous le nom de LED (Light Emitting Diode).
  • Les photodiodes.

La symbole de la diode ! 

Voici le symbole utilisé pour représenter la diode :

Comme mentionné précédemment, la diode ne laisse passer le courant que dans un sens, de l’anode vers la cathode. Ce phénomène est appelé polarisation directe

Si la flèche est dans l’autre sens, alors le courant ne circule plus. C’est ce que l’on appelle la polarisation inverse.

En plus de la polarisation directe, pour que le courant circule, il faut qu’il soit supérieur au seuil de tension.

Attention au tension de seuil !

La tension passe à travers la diode uniquement si celle-ci est supérieure au seuil de 0,7V. Cela permet d’empêcher le courant de circuler lorsque sa valeur est proche de 0V. En pratique, le courant n’est que rarement exactement à 0V ; il y a toujours un courant résiduel. C’est pourquoi on utilise un seuil de tension de 0,7V.

Chute de tension de la diode 

Lorsque le courant traverse la diode, on observe une chute de tension égale à la tension de seuil. En effet, cette tension est nécessaire pour permettre le passage du courant, donc elle est soustraite du courant restant en sortie de la diode, car son énergie a été utilisée pour débloquer la diode.

A quoi sert une diode ?

  • La diode de protection

La diode de protection permet de sécuriser votre circuit. En effet, lors d’un branchement conséquent de composants, il est possible de se tromper sur l’alimentation d’un composant et que celui-ci grille. C’est pourquoi la diode est utile pour protéger votre circuit.

Son rôle consiste à permettre le passage du courant dans un seul sens, assurant ainsi que votre composant ne sera alimenté que lors d’un branchement correct.

Si du courant arrive dans l’autre sens, la diode le bloquera pour protéger les composants de votre carte Arduino.

  • Le courant résiduel 

Pour les composants qui contiennent une bobine, le courant ne s’arrête jamais directement lorsque l’on les éteint ; c’est ce que l’on appelle le courant résiduel. Le problème de ce courant est qu’il peut être dangereux pour les autres composants de votre circuit, car ils devraient recevoir une tension de 0V au lieu d’un petit courant qui pourrait les endommager. Pour résoudre ce problème, nous utilisons une diode qui ne laisse pas passer une tension inférieure à 0,7V (la tension de seuil). Cette diode permet d’éliminer le courant résiduel et de protéger vos composants.

  • Le redressement courant alternatif vers continu

Une autre utilisation courante de la diode est le redressement du courant alternatif en courant continu. Le courant alternatif signifie que la tension alterne entre le positif et le négatif. Par exemple, une tension alternative de 15V alternera entre -15V et +15V.

Cependant, la carte Arduino ne peut lire que des tensions positives, donc elle nécessite du courant continu. La diode va donc être utilisée pour convertir ce courant alternatif en courant continu, en ne laissant passer que la partie positive du signal

Les différents types de diode

Nous allons maintenant examiner les différents types de diodes existantes afin que vous puissiez choisir celle qui convient le mieux à votre circuit.

  • Diode jonction PN

La diode PN est composée de deux jonctions P et N, qui sont des semi-conducteurs fabriqués en silicium.

La zone P contient des porteurs de charge négatifs, tandis que la zone N contient des porteurs de charge positifs. La zone de déplétion se situe entre la zone P et la zone N et ne contient aucun porteur de charge.

La diode PN génère un champ électrique d’équilibre qui se rompt lorsque la tension traverse la diode et atteint une valeur supérieure à 0,6V (tension de seuil). À ce stade, la diode devient passante.

En revanche, une polarisation inverse élargit la zone de déplétion et bloque la diode.

Passons maintenant à des exemples d’utilisation de la diode PN.

Protéger une LED

Dans le premier circuit, elle est utilisée comme diode de protection pour la LED.

 

Comme on peut le voir dans l’exemple, une pile de 9V est bien trop puissante pour une LED qui ne supporte que 3V au maximum. La diode de protection protège donc la LED de la surtension en bloquant le courant excessif.

  • Diode Zener 

Une diode Zener est un semi conducteur qui laisse passer le courant en polarisation direct comme la diode et aussi en polarisation indirect. 

Symbole de la diode zener :

En polarisation direct, il faut que le courant soit supérieur à la tension de seuil.

En polarisation indirect, il faut que le courant soit supérieur à la tension d’avalanche, qui est la tension pour laquelle la partie isolante du composant va se rompre et donc laisser passer le courant.

 

Afficher la valeur diode sur le moniteur série

Nous allons maintenant voir comment afficher la valeur de la diode sur le moniteur série :

void setup() {
  Serial.begin(9600); //Initialisation du moniteur série 
}
void loop() {
  float mesure = analogRead(A0); // On récupère la valeur de la diode
  float conversion= (5*mesure)/1023; // Conversion de la valeur
  //Affichage de la valeur sur le moniteur série
  Serial.print("Valeur de la diode :");
  Serial.println(conversion) ;
  delay(2000);
  }

Voici la valeur sur le moniteur série :

Régulateur de tension

Le régulateur à diode Zener ou régulateur linéaire est utilisé pour les faibles puissances. La diode Zener doit être prévue pour pouvoir supporter le surplus de courant la traversant au cas où la charge serait déconnectée.

Comme on peut voir sur le multimètre, la diode permet de limiter le courant dans votre circuit et joue le rôle de régulateur.

  • La photodiode

La photodiode est un composant qui capte la lumière pour la transformer en électricité. C’est l’effet inverse de la LED qui, elle, émet de la lumière à partir d’un courant électrique.

Voici le symbole de la photodiode : 

Comme on peut voir, les flèches sont rentrantes vers la diode pour montrer que la lumière rentre dans le composant. 

Pour plus d’informations et d’exemples sur la photodiode, n’hésitez pas à consulter notre cours. 

  • La LED

La LED ou diode électroluminescente, est un composant qui émet de la lumière lors d’un passage du courant. C’est le composant inverse de la photodiode.

La LED possède plusieurs couleurs pour s’adapter à vos projets. Comme toute les autres diodes le courant peut la parcourir que dans un sens, de l’anode vers la cathode.

Voici le symbole de la led : 

Comme vous pouvez voir, cette fois ci les deux flèches sont sortante pour indique que le composant émet de la lumière. 

Pour plus de schéma et d’exemples de projet sur la LED, n’hésitez pas à consulter notre cours dessus. 

Comment choisir sa diode ?

Pour pouvoir choisir sa diode, il y a plusieurs caractéristiques qui peuvent vous aiguiller. 

  • La tension de seuil 

Toutes les diodes n’ont pas la même tension de seuil.

Dans ce cours, nous avons souvent pris l’exemple de 0,7V pour la tension de seuil. Cependant, il est important de noter que vous pouvez trouver des diodes avec une tension de seuil plus élevée ou plus faible selon les spécifications du composant.

  • La tension inverse maximum 

Comme mentionné précédemment, lors de la polarisation inverse, le courant ne passe pas. Cependant, il existe une tension spécifique, appelée tension de claquage, au-delà de laquelle la diode peut se détériorer. Cette tension peut varier de 50V à 75V, voire jusqu’à 100V pour certaines diodes.

  • Le courant moyen direct 

Les diodes sont conçues pour un courant moyen spécifique, et vous pouvez trouver cette information dans la datasheet de chaque diode.

Cependant, si vous recherchez une diode de protection, c’est le courant direct maximum qu’il faut prendre en considération pour assurer une protection efficace.

  • Courant direct maximum

La diode peut supporter pendant un court instant une tension plus forte. Ceci peut-être très utile pour une diode de protection par exemple. Vous pouvez retrouver cette caractéristique dans la datasheet de votre diode.