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Partie 6 : les composants de l’électronique


1. La diode

1.1   Généralités

La diode est un composant électronique qui permet le passage unidirectionnel du courant, de l’anode et la cathode.
Symbole :



Constitution :

Une diode est constituée d’une jonction P-N. La jonction P-N est obtenue dans un monocristal pur de silicium (ou de germanium) par dopage d’impuretés.

Le fait d'introduire en très faible quantité des impuretés (opération appelée dopage) dans un cristal de semi-conducteur améliore fortement la conductivité du cristal. Si un cristal de germanium ou de silicium a reçu des impuretés pentavalentes (arsenic, phosphore, antimoine) il devient un semi-conducteur à conductivité N (ex: silicium N). Un cristal de germanium dopé par des impuretés trivalentes (indium, gallium, bore) devient un semi-conducteur P.

La jonction PN polarisée en sens inverse

En reliant la zone P à la borne - d'une source de tension continue et la zone N à la borne +, les porteurs de charges s'éloignent de la jonction et la jonction devient quasiment isolante. La diode est dite polarisée en sens inverse, le courant qui la parcourt est très faible, il est dû aux porteurs minoritaires.

La jonction PN polarisée en sens direct

En reliant l'anode de la diode (zone P) au + de la pile et la cathode (zone N) au + les porteurs de charge traversent la jonction et un courant élevé parcourt le circuit.




1.2   Caractéristiques

Il existe deux caractéristiques différentes, en direct et en inverse.

En direct :



Caractéristique Réelle : ID =f(VAK) ou IF=f(VF)
   

Commentaires :

Dans la première partie de la courbe (VAK<VD) le courant ne passe pas, la diode est bloquée.
Ensuite, quand VAK>VD, le courant passe, la diode conduit

VD (ou VS) est appelée tension de seuil de la diode. (VD≈0,6V à 0,7V pour une diode classique)

La résistance dynamique Rd est la pente de la courbe (quand la diode conduit) :

Caractéristique Idéalisée: ID =f(VAK) ou IF=f(VF)

Commentaires :

Rd = 0




En inverse :

Schéma du montage d’essai:
Cet essai va détruire la diode !

En effet, on va monter la tension jusqu’à ce que la diode conduise, or elle ne peut conduire en inverse que détruite !

Caractéristique :


1.3   Modèle équivalent simplifié

Diode en inverse :    (bloquée)


Diode en directe (passante):       

Diode parfaite :
Diode idéalisée :
Diode réelle :
           





1.4   Diode électroluminescente (DEL ou LED):

Elle est faite dans des semi-conducteurs différents qui émettent des photons (de la lumière) quand ils sont parcourus par un courant, en direct.
Comme une diode traditionnelle, elle est bloquée en inverse. En général leur tension de seuil est un petit peu plus élevée (≈1.6V). Il en existe de différentes couleurs et de différentes puissances.





2. Le thyristor

Le thyristor est un semi-conducteur qui fonctionne comme une diode mais sa conduction est commandée (gâchette G).

Condition d'amorçage (conduction):
Pour qu'un thyristor conduise, il faut:

  • Que la tension aux bornes du thyristor soit supérieure à la tension de seuil (environ 0,7V) : VAK > VS    (comme une diode)

      et

  • IG (courant dans la gâchette G) différent de 0 (impulsion)

Une fois ces deux conditions respectées le thyristor est passant et se comporte comme une diode.

Condition de blocage :
Le blocage du thyristor n'interviendra que lorsque le courant IAK deviendra inférieur au courant de maintien IH. La valeur de la tension VAK sera alors quelconque (en général c’est quand cette tension VAK  devient proche de zéro que le courant devient faible. C’est pour cela que souvent on raisonne avec la tension VAK et qu’on dit que le thyristor se bloque quand VAK devient négatif. C’est approximatif mais plus facile pour raisonner).

Exemple de fonctionnement  du thyristor en direct :

Oscillogramme :

                 Conduction                                             Conduction

                
Exemple d'utilisation du thyristor:

  • Commander la vitesse des moteurs à courant continu et des moteurs à courant alternatif.
  • Régler la température.


Remarque : il faut donc un circuit électronique de commande du thyristor, circuit qui va engendrer les impulsions à envoyer sur la gâchette.




3. Le triac

Le triac est un composant électronique équivalent à la mise en parallèle de deux thyristors montés tête-bêche (l'anode de l'un serait reliée à la cathode de l'autre, les gâchettes respectives étant commandées simultanément)


Exemple de fonctionnement  du triac :

Le déclenchement du triac s'effectue au travers de la patte de connexion de commande appelée gâchette (G)
  • pour que le triac conduise (laisse passer) une tension positive, il faut satisfaire 2 conditions : la gâchette doit être commandée positivement et la tension aux bornes du triac doit aussi être positive.
  • pour stopper la conduction positive il faut que la tension aux bornes du triac devienne négative.

de même :
  • pour que le triac conduise (laisse passer) une tension négative, il faut satisfaire 2 conditions : la gâchette doit être commandée négativement et la tension aux bornes du triac doit aussi être négative.
  • pour stopper la conduction négative il faut que la tension aux bornes du triac devienne positive.

Exemple d'utilisation du triac:

  • Régler la lumière (lampes allogènes ou incandescentes).
  • Régler la température.