diode

Une diode est un composant semi-conducteur à deux bornes qui conduit le courant électrique facilement dans une direction (la direction passante) et le bloque dans l'autre (la direction inverse). La borne conductrice est appelée l'anode; la borne bloquante est la cathode. À l'intérieur, une diode est constituée d'un semi-conducteur de type p (avec un excès de porteurs de charge positifs) joint à un semi-conducteur de type n (avec un excès de porteurs de charge négatifs). Lorsqu'elle est polarisée en direct, cette jonction permet au courant de circuler; lorsqu'elle est polarisée en inverse, elle ne le permet pas. La chute de tension directe typique à travers une diode au silicium est de 0,6 à 0,7 volts au courant nominal.

Dans les systèmes d'alimentation et les redresseurs industriels, les diodes convertissent le courant alternatif (CA) en courant continu (CC). Une seule diode ne laisse passer que la moitié d'une forme d'onde CA; quatre diodes disposées en configuration de pont laissent passer les deux moitiés, produisant une sortie CC plus lisse avec moins d'ondulation. Les grandes diodes de puissance peuvent être empilées en série pour gérer des tensions inverses élevées, ou en parallèle pour partager des courants directs importants. Les diodes au silicium dominent car elles tolèrent des températures et des tensions plus élevées que les anciens types au germanium, et elles ont un courant de fuite plus faible en polarisation inverse.

Modes de défaillance réels et limites

Dépasser la tension inverse maximale (PIV, ou tension inverse de crête) provoque l'entrée de la diode en claquage par avalanche. En dessous d'un certain seuil, cela est récupérable, mais une surtension prolongée détruit la jonction de manière permanente. Une surintensité directe génère de la chaleur; une diode nominale de 10 ampères tombera en panne rapidement à 50 ampères car la température de la jonction p-n dépasse sa limite thermique, généralement autour de 150 à 200 degrés Celsius pour les types industriels. L'emballement thermique se produit parce que la résistance diminue à mesure que la température augmente, tirant plus de courant et générant plus de chaleur. Le courant de fuite inverse augmente également de manière exponentielle avec la température, dégradant l'efficacité dans les applications de précision.

Le terme diode vient du grec di- (deux) et -ode (chemin ou électrode), reflétant les deux bornes. Les premières diodes à tube à vide fonctionnaient par émission thermoïonique et étaient utilisées pour le redressement avant l'existence des dispositifs à semi-conducteurs. La diode semi-conductrice est devenue pratique dans les années 1950 et est depuis devenue le fondement de l'électronique de puissance, apparaissant dans presque toutes les alimentations industrielles, onduleurs et variateurs de moteur. Les variantes spécialisées comprennent les diodes Schottky (chute directe plus faible, commutation plus rapide), les diodes Zener (conçues pour conduire en inverse à une tension fixe pour la régulation de tension) et les diodes à récupération rapide (pour les applications de commutation haute fréquence au-dessus de 1 kHz).

Dans les travaux d'utilité publique et industriels, les diodes sont sélectionnées en fonction de trois caractéristiques principales: la capacité de courant direct (généralement de 1 à plusieurs centaines d'ampères), la tension inverse de crête (50 volts à plusieurs kilovolts) et la vitesse de commutation (mesurée en temps de récupération, de nanosecondes à microsecondes). Un empilement de redresseurs dans une grande alimentation industrielle peut contenir des dizaines de diodes à courant élevé, chacune dissipant des dizaines de watts et nécessitant un dissipateur thermique. La défaillance d'une seule diode dans une chaîne série peut dégrader la sortie ou provoquer des défauts intempestifs; les systèmes qualité inspectent les blocs de diodes pour les fuites avant le déploiement.