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Diodes ordinaires ("standard")

Une diode est un dipôle à semi-conducteur (silicium) qui laisse passer le courant dans un sens (sens dit "passant") et pas dans l'autre (sens dit "bloqué"). Pratiquement, le courant circule de l'anode à la cathode: dans le sens de la flèche du symbole.

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Diode de redressement (en haut) et diode "petits signaux", avec leur symbole.

La diode est donc toute désignée pour le redressement d'une tension alternative, ou pour servir de protection vis-à-vis d'une éventuelle tension inverse (fonction anti-retour). Certaines diodes spéciales, que nous verrons plus loin, sont en outre utilisées pour remplir des fonctions très spécifiques.

Ajoutons que la diode, qui est le plus "basique" des composants à semi-conducteur, se distingue par son coût dérisoire, sa très grande fiabilité, même à température élevée, un encombrement minimal et sa mise en oeuvre on ne peut plus simple (à condition de bien repérer anode et cathode!).

 

Caractéristiques d'une diode

La tension de seuil d'une diode, c'est-à-dire la tension directe (positive) à partir de laquelle cette diode devient passante, est d'environ 0,65 V. Cette valeur est la "barrière de potentiel" à franchir pour que la diode laisse circuler un courant. Tant que cette valeur de tension, dans le sens direct, n'est pas atteinte, aucun courant (ou presque) ne traverse la diode.

Cette valeur de 0,7 V (en moyenne) est quasi constante. A titre documentaire: pour une diode au germanium, beaucoup moins répandue désormais que la diode au silicium, la tension de seuil est de 0,3 V seulement. Pour une diode électroluminescente (DEL) de couleur rouge, la tension de seuil se situe entre 1,5 et 1,7 V, selon le modèle.

Si la diode est soumise à une tension inverse, donc négative, elle reste bloquée (aucun courant ne la traverse) jusqu'à une certaine valeur maximale. Cette valeur maximale est par exemple de 1000 V pour une diode référencée 1N4007. Si cette valeur est atteinte, la diode, parcourue par un courant très important, est immédiatement détruite: on dit qu'elle "claque". Cette tension inverse maximale est appelée tension de Zener ou tension de claquage.

Le claquage s'explique, au niveau de la jonction à semi-conducteur, par deux phénomènes: l'effet d'avalanche (ionisation "en chaîne" des atomes) et l'effet Zener (création d'un important courant qui devient destructeur de la jonction).

Caractéristique d'une diode

Caractéristique complète d'une diode à jonction ordinaire. On voit qu'elle devient "passante" pour une tension directe, dite de "seuil", de 0,6 V environ; elle "claque" lorsque la tension inverse atteint (comme dans cet exemple) 1000 V, ce qui correspond à sa tension dite "de Zener".

Caractéristique d'une diode (1er quadrant)

Caractéristique d'une diode au silicium. On ne représente ici que le premier quadrant. On observe que le courant direct augmente rapidement au delà de 0,65 V.

Enfin, le courant qui traverse la diode, lorsque celle-ci est passante, ne doit pas dépasser une certaine valeur maximale. Cette valeur est par exemple de 1 A pour une 1N4001 ou une 1N4007.

On voit que deux paramètres essentiels vont dicter le choix de telle ou telle référence de diode: la tension inverse (reverse voltage, en anglais) et le courant direct (forward current, en anglais) qu'elle est capable de supporter.

A noter que les fabricants mentionnent souvent, dans leurs data sheets (fiches techniques), des valeurs de courant direct en pointe (peak, en anglais). Cette valeur est intéressante en régime impulsionnel. Ainsi, une IN4007 supporte un courant permanent de 1 ampère, mais jusqu'à 10 ampères en pointe, et ce de manière répétitive!

Précisons enfin que si la température n'est pas sans effet sur une diode, son influence ne se fait réellement sentir qu'à des valeurs élevées. Les fabricants spécifient des températures de jonction pouvant atteindre 100 °C, voire 175 °C...

S'agissant de la tension de seuil, l'influence de la température sera négligeable dans l'immense majorité des cas.

 

Choisir une diode de redressement

Si on consulte un catalogue de composants, on trouvera souvent de très nombreuses références de diodes, qui risquent de dérouter le néophyte. En réalité, le choix demeure aisé pour des applications courantes telles que le redressement d'une tension issue du secteur: on prendra la diode standard 1N4007 sans chercher plus loin. Pourquoi?

Voyons la fiche technique (partielle) de cette diode:

Diodes de redressement (rectifiers) 1N4001G à 1N4007G

Symbole Paramètre Conditions Max Unité
VRRM repetitive peak reverse voltage    
1N4001 50 V
1N4002 100 V
1N4003 200 V
1N4004 400 V
1N4005 600 V
1N4006 800 V
1N4007 1000 V
VR continuous reverse voltage    
1N4001 50 V
1N4002 100 V
1N4003 200 V
1N4004 400 V
1N4005 600 V
1N4006 800 V
1N4007 1000 V
IF(AV) average forward current averaged over any 20 ms

period; Tamb = 75 °C

1,00 A
IF continuous forward current Tamb = 75 °C 1,00 A
IFRM repetitive peak forward current   10 A
IFSM non-repetitive peak forward current half sinewave; 60 Hz 30 A
Tj junction temperature   +175 °C

VR  : tension inverse maximale admissible

IF  : courant direct permanent admissible à la température spécifiée (ici: 75 °C)

IFRM  : courant temporaire de surcharge

IFSM  : courant temporaire de surcharge en régime impulsionnel (ici: pour une alternance à 60 Hz)

Sachant que le prix des diodes "standard" est dérisoire, autant choisir celle offrant les meilleures performances. La 1N4007, qui fait figure de référence dans ce domaine, supporte jusqu'à 1000 volts en inverse et accepte de fournir un courant permanent de 1 ampère (10, voire 30 ampères en pointe). Voilà donc, pour une alimentation "classique", la diode ultra fiable qui fera l'affaire en toutes circonstances...

 

Utilisation des diodes de redressement

Les diodes dites "standard" (pour l'essentiel, les références 1N400X) sont utilisées avant tout pour le redressement des tensions alternatives issues d'un transformateur.

Les diodes de redressement sont montées entre le secondaire du transformateur abaisseur et, dans la plupart des cas, le régulateur, fixe ou variable (que nous verrons plus loin).

On réalise deux types de redressement: simple alternance ou double alternance. Plusieurs cas de figure peuvent alors se présenter, selon le modèle de transformateur (à un seul enroulement secondaire, à deux secondaires). Compte tenu de la modicité du coût et du faible encombrement des composants, il parait judicieux de préférer la solution la plus efficace, à savoir le redressement double alternance.

redressement mono, double alternance et double alternance avec filtrage

Le graphique ci-dessus montre une tension redressée mono alternance (trace bleue), double alternance (trace verte), et double alternance avec condensateur de filtrage (trace jaune). On voit bien que, de gauche à droite, on se rapproche chaque fois un peu plus d'une tension continue! La trace rouge correspond à la tension alternative au primaire du transformateur.

 

Redressement simple alternance

C'est le redressement le plus simple (et le plus économique), mais le moins performant: on ne redresse qu'une alternance sur deux.

Quand la tension aux bornes du secondaire du transformateur dépasse la tension de seuil de la diode D1, celle-ci conduit (elle est "passante"). La tension aux bornes de la charge R1 est alors égale à la tension aux bornes du transformateur moins la tension directe VF de la diode, soit en moyenne 0,7 V.

redressement mono-alternance

redressement mono-alternance (simulation)

 

Redressement double alternance

Ici, deux cas de figure, selon la configuration du transfo: à un seul secondaire ou à point milieu. Le transfo à deux enroulements secondaires et point milieu trouve sa principale utilité dans les alimentations symétriques.

Avec transfo à 1 secondaire et pont de Graëtz

C'est un grand classique. On redresse en double alternance, à l'aide de quatre diodes montées en pont de Graëtz.

Les quatre diodes en pont conduisent par paire, en alternance: D1-D4 et D2-D3.

La chute de tension dans les diodes vaut environ 1,4 V, une valeur dont il faut tenir compte lors du choix du transformateur. Il est à noter qu'on trouve chez les revendeurs des pont moulés regroupant les quatre diodes, d'où un gain de place et un câblage (un peu) simplifié.

redressement par pont de Graëtz

redressement double alternance (simulation)

Les diodes conduisent par paire en alternance.

Avec transfo à 2 secondaires et 2 diodes

On redresse ici en double alternance, mais avec deux diodes seulement. La chute de tension n'est que de 0,7 V dans ce cas.

transfo à point milieu redressement double-alternance

Avec transfo à 2 secondaires et pont de Graëtz (4 diodes)

Certains montages, notamment ceux à amplificateurs opérationnels (AOP) nécessitent une alimentation double symétrique, fournissant une tension positive et une tension négative (par rapport à la masse commune). Ce type d'alimentation est réalisé avec un transfo à point milieu suivi d'un pont de Graëtz, condensateurs de filtrage et régulateurs.

alimentation symétrique

Schéma de principe d'une alimentation double symétrique avec pont de Graëtz. Le point milieu du transformateur constitue le potentiel zéro commun aux deux alimentations.

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La dernière mise à jour de ce site date du 03/04/06