Formation radioamateur - F6KGL

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Radio-REF N° 834 • 07-08/2010
rubrique
Formation radioamateur
Référence TECH 2.5
Les diodes et leurs applications
CARACTERISTIQUE DE LA DIODE
On obtient la caractéristique de la diode en faisant varier la
tension UAC entre l'anode et la cathode et en relevant pour
chaque valeur de UAC l'intensité du courant qui traverse la
diode.
Lorsque UAC est positive, la diode ne commence à conduire
que lorsque UAC atteint la valeur US appelée ''tension de
seuil'' qui est de l'ordre de 0,2 V pour le germanium et d’environ 0,6 V pour le silicium, ce qui correspond à la valeur Vo
de la barrière de potentiel.
Dès que UAC devient supérieure à US, l'intensité du courant
croît rapidement. On dit que la diode est polarisée dans le
sens direct.
Lorsque UAC est négative, on dit que la diode est polarisée
en sens inverse, le courant est nul jusqu'à ce que UAC atteigne la valeur – UC. Le courant inverse devient alors très
important. Deux phénomènes sont à l'origine de ce résultat,
le phénomène d'avalanche et le phénomène Zener. Il risque
d'y avoir alors destruction rapide de la diode.
Polarisée en sens direct la diode est passante si UAC > US.
Polarisée en sens inverse la diode est non passante si UAC <
- U C.
LES DIFFERENTES DIODES
Outre les diodes de redressement classiques, on trouve :
La diode varicap
En sens inverse, les diodes ont une résistance interne très
élevée : la barrière de potentiel située entre les zones N et P
et qui est à l’origine de la chute de tension des diodes dans
le sens passant est isolante.
Ainsi, la barrière de potentiel joue le rôle de diélectrique et,
à mesure que la tension inverse augmente, la barrière de
potentiel s’élargit, ce qui a un effet direct sur la capacité
parasite de la diode : c'est l'effet Varicap.
Cette diode particulière, reconnaissable à son double trait
sur la cathode représentant le condensateur, est montée en
sens inverse (non passant) et permet de remplacer un
condensateur variable de faible valeur. Avec une diode
Varicap, le condensateur n’est plus commandé mécaniquement mais électriquement, par une tension. Les diodes
Zener sont parfois utilisées dans cette fonction car elles sont
plus courantes (et moins chères) que les Varicap et leur
capacité parasite est plus forte que celle des simples diodes
de redressement.
Schéma d’une diode Varicap :
La diode Zener
Les diodes peuvent supporter des tensions inverses importantes jusqu'à leur tension de claquage ou d’avalanche (tension Zener). A ce moment, la résistance de la diode devient
nulle. Cet état peut être réversible (diode Zener) ou irréversible (destruction ou claquage d’une diode de redressement). La diode Zener, reconnaissable à sa forme en Z, est
montée en sens inverse (non passant) et utilisée en stabilisateur de tension : lorsque la tension aux bornes de la charge
est supérieure à la tension d’avalanche de la diode, elle
devient brusquement passante : la tension diminue aux
bornes de la charge puis la diode redevient isolante lorsque
la tension est inférieure à sa tension d’avalanche. On peut
comparer son fonctionnement à celui d’une soupape de
cocotte-minute libérant de la vapeur lorsque la pression est
trop importante
Symbole d’une diode Zener :
Les diodes électroluminescentes
Les lettres LED signifient ''Light
Emitting Diode''. Polarisées dans le
sens direct, ces diodes à base d'arséniure de gallium ont la propriété d'émettre de la lumière dans une bande de
fréquences déterminée lorsqu'elles
sont traversées par le courant. Il en
existe qui émettent de la lumière de
couleurs bleue, jaune, verte, rouge ou
blanche.
D'autres émettent dans l'infrarouge.
Consommant beaucoup moins qu'une ampoule à incandescence, elles gagnent maintenant le monde de l'éclairage,
après avoir vu leur usage cantonné dans la signalisation
(voyants, feux tricolores, panneaux d'affichage électroniques).
Celles qui émettent dans l'infrarouge sont utilisées pour
réaliser des télécommandes et des systèmes de transmission à courte distance.
Symbole de la LED :
Autres diodes
Les diodes PIN sont adaptées pour fonctionner dans les
commutateurs HF à la place des diodes à jonction classique
: ces diodes ont une courbe de réponse lente, obtenue en
intercalant une couche semi-conducteur non dopée, donc
isolante, entre les deux couches P et N, ce qui donne une
jonction PIN (Positif, Isolant, Négatif). En cas de coupure de
l’alimentation, la diode PIN reste passante plus longtemps
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qu’une diode jonction PN classique. De même, lorsque la
diode PIN n’est pas alimentée, elle reste bloquée même
lorsque la tension HF à l’entrée dépasse la tension de seuil
(0,7V), contrairement à ce que fait une diode jonction PN au
silicium.
Les diodes Schottky sont utilisées en UHF et au delà. Le
semi-conducteur utilisé est souvent de l’arséniure de gallium (GaAs) qui permet une commutation très rapide et
génère une faible tension de seuil (0,25 V).
Les diodes Gunn, placées en parallèle sur un résonateur
(cavité) et une charge, sont utilisées dans les oscillateurs
hyperfréquence et dans les étages multiplicateurs hyperfréquence (à partir de 10 GHz)
Les photodiodes utilisées dans la mesure d'éclairements.
Elles ont la propriété de détecter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique. Lorsque
des photons d'énergie suffisante pénètrent dans le semiconducteur, ils peuvent créer des paires électrons-trous en
excès provoquant une augmentation du courant.
Utilisation dans le redressement du courant
alternatif
Lorsque les diodes sont utilisées pour « redresser » du courant alternatif, elles font chuter la tension d’un peu plus de
0,7 volt à chaque passage et sont associées à un condensateur électrochimique de forte valeur : le condensateur permet de lisser la tension à la sortie du redresseur. Il n’y a de
courant dans une diode de redressement qu’au début lors
de la mise sous tension et du « remplissage » du condensateur de filtrage puis, par la suite, que lors de la « remise à
niveau » de ce condensateur, c’est-à-dire un temps très
court compris entre le moment où la sinusoïde atteint la tension du condensateur qui s’est déchargé et le maximum de
la sinusoïde. Le courant instantané passant dans la (ou les)
diode(s) est donc nettement supérieur au courant moyen
délivré par l’alimentation. A cause du condensateur, la tension disponible n’est pas la tension efficace mais la tension
crête. Dans les questions d’examen, la chute de tension
dans les diodes est souvent négligée, ce qui peut désorienter
les candidats.
Question d’examen :
Redressement mono-alternance
Pour redresser les deux alternances du courant alternatif, on
emploie soit un transformateur à point milieu et deux diodes,
soit un transformateur classique et un pont de diodes.
Un transformateur à point milieu coûte plus cher et tient
plus de place qu’un transformateur classique, mais la chute
de tension dans un pont de diodes est double car le courant
traverse deux diodes.
Redressement double alternance avec pont de diodes
Dans le pont de diodes, les diodes sont toutes dans le même
sens et leurs flèches sont dirigées vers le condensateur de filtrage. Lors d’une alternance, seules les deux diodes d’une diagonale du pont sont passantes et lors de l’autre alternance,
seules les deux diodes de l’autre diagonale sont passantes.
Redressement double alternance avec transformateur à
point milieu
Réponse : tension à la sortie du transfo : Us = Ue x (Ns / Np)
= 300 x (220 / 3300) = 20 V (voir la page CNFRA de mai 2010).
Le condensateur a pour effet de transformer la tension efficace en tension maximum : 20 x 1,414 = 28,28 V. Pour être
plus précis, il y aurait lieu de tenir compte de la chute de tension dans la diode (0,7 V), ce qui n’était pas le cas dans cette
question. Le redressement mono-alternance est le plus simple et ne nécessite qu’une seule diode : seule une alternance traverse la diode (voir figure 7).
Dans le montage avec transformateur à point milieu, lors de
la première alternance, la première diode du haut du schéma est passante et le courant circule à partir de la masse
dans la partie haute de l’enroulement du transformateur.
Lors de la seconde alternance, le courant circule à partir de
la masse dans la partie basse de l’enroulement du transformateur puis dans la diode du bas du schéma.
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