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Diodes a Jonction

 

Petit rappel sur la structure de la matière, avant d'attaquer les semi-conducteurs

Les atomes

     On sait qu'un atome est composé d'un noyau central autour duquel gravitent des électrons. Le noyau est composé de deux sortes de particules de masse égales: les protons et les neutrons. Tous deux portent des charges électriques égales en valeur absolue,(c'est-à-dire ne tenant pas compte du signe ). Le proton est chargé positivement alors que l'électron est chargé négativement. Le neutron ne porte pas de charge .Charge du proton et de l'électron au signe prés est de e= 1,6 coulomb, ( toutes charges connues sont des multiples entiers de e= 1,6 C. )
     Si on arrache un ou plusieurs électrons à un atome, il devient  " ION ". Si la charge globale est positive, il devient "CATION". Par contre, si on lui apporte des électrons, il devient un ion négatif ou "ANION".
     Pour terminer ce petit rappel, qui fera sûrement du bien, il faut garder à l'esprit que les électrons tourne autour du noyau atomique comme des satellites tourne autour de la terre. La stabilité de leur orbite résulte d'un compromis entre la force d'attraction qu'exerce le noyau et la force centrifuge due à leur rotation. contrairement aux satellites, les électrons ne peuvent évoluer que sur certaines orbites, correspondant à des niveaux d'énergie bien déterminés. tout niveau intermédiaire entre deux niveaux permis est un niveau interdit.

Définition de semi-conducteur

     On sait que la résistance d'un fil métallique croît avec la température. Or pour certain corps, c'est l'inverse. Leur résistance décroît quand la température s'élève ( ex: germanium, silicium... qui sont des corps simples, ou des corps composés tel que le sulfure de plomb, oxyde de cuivre, le gallium etc...).

On a appelé ces corps des SEMI-CONDUCTEURS, parce que leur résistivité se trouve entre celle des conducteurs et des isolants ( pour rappel revoir la première partie).

     Par contre les chercheurs ont constatés que le fait d'introduire quelques impuretés ( de façon infime ) dans la masse, modifie leur résistivité dans de grande proportion. Ce qui a permis de réaliser des composants tels que les DIODES,TRANSISTORS, CIRCUITS INTÉGRÉS etc....
     Il faut savoir que plus un corps est chaud , plus sa fréquence de rayonnement qu'il émet est élevée. Important à signaler aussi, c'est que les effets d'un rayonnement électromagnétique sont très différents suivant sa fréquence.

     Si la température reste en dessous de 500° C, le corps émet un rayonnement don't la fréquence est inférieure à 4,3 10 Hertz appelé   infrarouge ( invisible). Vers 500° C le rayonnement s'accompagne de lumière rouge: c'est l'incandescence , vers 1000° C la lumière émise est jaune et vers 1200° C elle paraît blanche. tout le spectre des radiations électromagnétiques lumineuses émises au delà de cette température c'est l'ultraviolet, invisible aussi mais très dangereux ( fréquences > 7,5 10 Hertz.

La Diode a Jonction

     C'est un dipole dont le rôle est de ne laisser passer le courant électrique que dans un seul sens. Sont usage sont nombreux et divers.
Explication simplifiée sur sa constitution:

Elle comporte une zone P et une zone N ( on passe progressivement de la zone P à la zone N, c'est cela que l'on appelle une Jonction ).

Zone P: a des atomes neutres, des ions négatifs ( impuretés ), des trous positifs, pratiquement pas d'électrons. La zone P est électriquement neutre.

Zone N: est constituée d'atomes neutres, ions positifs, électrons libres et de rares trous. ( trous: est un emplacement laisser libre par un électron ).

Passage du courant a travers une jonction

     Il faut pour cela polariser, ( c'est à dire appliquer un générateur aux bornes du dipole ) dans le sens direct. On dit qu'on polarise une diode lorsqu'on relie son extrémité P au pôle plus ou (+) d'un générateur et son extrémité N au pôle négatif ou (-) du même générateur.

Representation schematique d'une diode


Il  faut atteindre un certain seuil pour que la diode se débloque. Tant que le champ électrique est inférieur à ce seuil la diode est bloquée.

  1. Il est d'environ 0,2 volt pour les diodes au germanium
  2. Il est d'environ 0,65 volt pour les diodes au silicium.
  3. Il décroît quand la température augmente d'environ.

- de 2,1 mV par degré ( °C ) pour le germanium

- de 2,3 mV par degré (°C ) pour le silicium.

Polarisation dans le sens inverse.

On dit qu'une diode est polarisée dans le sens inverse, lorsque le potentiel de la cathode est supérieur à celui de l'anode
( voir dessin ).

           

 L'action du générateur renforce celle des charges "Q" négatives et "Q" positives. Aucun courant important ne peut passer, la diode est bloquée.
A savoir qu'il existe toujours même bloqué, un courant infime, si on fait une analyse plus poussée).

Attention

On ne peut cependant pas augmenter indéfiniment la tension inverse aux bornes d'une diode, sous peine de claquage. Lorsque cette tension atteint une certaine valeur, le courant inverse croît très rapidement et la jonction risque d'être détruite. Il faut limiter ce courant par une résistance ou autres composants.

Representation graphique de la caracteristique d'une diode

        Zone OA: diode polarisée en inverse
           ( la tension est trop faible pour la débloquer,Uak<0,5V, pour  diode silicium ).
        C'est la zone de blocage direct.

        Zone AB: Uak commence à débloquer la diode.
        C'est la zone de coude

        Zone BC: Diode débloquée, Uak croît légèrement en fonction de Iak. Croissance linéaire.
        C'est le zone linéaire.

        Zone OD: Diode polarisée en inverse ( un très faible courant passe ),
        c'est la zone de blocage inverse.

        Zone EF:  L'intensité inverse croît brusquement.
        C'est la zone de  claquage.

 

        Pour tracer un tel graphique ci-dessus, il suffit d'utiliser un générateur "G" réglable, mettre une résistance de limitation de courant, un ampère mètre en série avec la diode et aux bornes de celle-ci un voltmètre. Enfin, il suffira de soumettre la diode à diverses intensités Iak. Faire varier "G" et chaque valeur relevée sur les appareils de mesures seront reportées sur les coordonnées correspondantes de Uak en fonction de Iak. La valeur de "R" doit être calculée en fonction de la tension maxima du générateur, pour ne pas dépasser l'intensité maximale supportée par la diode ( voir fabriquant du composant pour les valeurs maximales). pour relever les caractéristiques inverses, inverser la diode sur le schéma ci-dessus.

 

 © année 2000 "Électronique FASTOCHE - Da Benta"

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