Le polarisation par diode est la manière dont une tension fait qu’une diode transporte ou bloque le courant. En changeant la taille et la direction de la tension, une diode peut fonctionner en conduction directe, en blocage inverse ou en rupture. Cet article explique la région de déplétion, le genou avant et le courant exponentiel, la fuite inverse et la rupture, et fournit des informations sur ces applications de circuits.
Aperçu de la polarisation des diodes
Le polarisation de diode décrit comment une source de tension est appliquée à une diode pour régler son état de fonctionnement. Avec une seule polarité, la diode conduit le courant (polarisation directe). Avec la polarité opposée, la diode bloque le courant (polarisation inverse), et seul un faible courant de fuite subsiste. Le polarisation définit si la diode se comporte comme un chemin fermé pour le courant ou comme un chemin ouvert.
Région d’appauvrissement et effet de biais
Une diode se forme en reliant les régions semi-conductrices de type P et de type N. À la jonction PN, les électrons et les trous se recombinent près de la frontière, laissant une zone avec très peu de porteurs mobiles. Cette zone est la région d’appauvrissement, et elle crée une barrière qui résiste au flux de courant. Points principaux :
• La région d’épuisement ne possède presque aucun porteur de charge libre
• La barrière dans la région d’appauvrissement contrôle la façon dont le courant peut circuler
• La largeur de la région d’appauvrissement varie avec la polarisation avant ou arrière
Polarisation directe dans le polarisation des diodes et le flux de courant
En polarisation directe, la diode est connectée de sorte que le côté P soit à une tension plus élevée que le côté N. Cela pousse les porteurs de charge vers la jonction PN et amincisse la région de déplétion. Lorsque la barrière devient suffisamment petite, le courant peut circuler facilement à travers la diode. Dans cet état, la diode conduit.
| Condition | Description |
|---|---|
| Tension externe | Côté P connecté au positif, côté N au négatif |
| Région d’épuisement | La largeur est réduite |
| Actuel | Coule facilement et est relativement élevé |
| Comportement des diodes | État de direction (courant qui passe) |
Seuil de tension directe dans le polarisation des diodes
Une diode à polarisation directe conduit très peu de courant jusqu’à ce que la tension appliquée atteigne un point de rotation, souvent appelé tension directe ou tension de genou. En dessous de cette fourchette, le courant reste faible. Au-delà, le courant augmente rapidement avec de faibles variations de tension.
Valeurs courantes de tension avant :
• Diodes silicium : environ 0,7 V
• Diodes au germanium : environ 0,3 V
• LED : environ 1,8–3,3 V
Diode à polarisation directe : région de courant exponentielle
Une fois que la diode dépasse la région du genou, le courant augmente de façon exponentielle. Une légère augmentation de la tension directe peut produire une augmentation beaucoup plus importante du courant direct. Dans de nombreux circuits, la tension directe de la diode reste dans une plage étroite tandis que le courant varie largement.
| Paramètre | Ce que cela signifie |
|---|---|
| *VF* | La tension directe est appliquée à travers la diode dans le polarisation directe |
| *SI* | Le courant circulant à travers la diode dans la direction directe |
| Région exponentielle | La partie de la courbe I–V (après le seuil) où le courant augmente fortement avec la tension |
Polarisation inverse : état de blocage et courant de fuite
En polarisation inverse, la diode est connectée dans la direction opposée à sa direction conductrice. La région d’épuisement s’élargit, et la barrière de jonction s’élève, de sorte que la diode bloque le courant normal. Un faible courant inverse existe encore en raison de porteurs minoritaires à l’intérieur de la diode. Ce courant est appelé courant de fuite ou courant de saturation inverse.
Traits de biais inversé
• La région d’épuisement s’élargit et bloque le passage des porte-avions
• Le courant inverse reste très faible (dépendant du dispositif)
• La fuite augmente à mesure que la température de jonction augmente
Défaillance inversée : modes Zener et Avalanche
En polarisation inverse, une diode bloque normalement le courant. Si la tension inverse devient trop élevée, la diode atteint sa tension de rupture. À ce stade, la diode commence soudainement à conduire un courant important, même si elle est encore polarisée inversement. Cet état s’appelle la rupture, et il constitue une partie fondamentale de la compréhension du polarisation des diodes à haute tension inverse.
Types de défaillance
• Défaillance Zener (basse tension) – Apparaît à basse tension inverse, courante dans les diodes Zener spécialement conçues.
• Défaillance par avalanche (tension plus élevée) – Se produit à des tensions inverses plus élevées lorsque les porteurs de charge gagnent assez d’énergie pour libérer d’autres porteurs.
Circuits redresseurs (conversion AC vers DC)
Dans les circuits redresseurs, une diode conduit pendant le demi-cycle lorsqu’elle est polarisée en avant et bloque pendant le demi-cycle opposé lorsqu’elle est polarisée inversement. Cette action crée une sortie unidirectionnelle. L’ajout d’un condensateur filtre lisse la tension de sortie en réduisant la ride. Où cela apparaît
• Adaptateurs secteur et alimentations DC de base
• Redresseurs de pont dans des équipements alimentés par le réseau
• Chemins de protection de polarité dans les systèmes basse tension
Fonctionnement des LED (émission lumineuse polarisée vers l’avant)
Une LED émet de la lumière lorsqu’elle est polarisée en direct et que le courant circule à travers sa jonction. La tension directe dépend du matériau et de la couleur de la LED. Les LED sont alimentées par un élément limiteur de courant tel qu’une résistance ou un transducteur à courant constant pour éviter un excès de courant. Il est préférable de vérifier les points suivants :
• Un courant LED plus élevé augmente la luminosité jusqu’aux limites de l’appareil
• Les résistances en série réglent le courant dans des circuits simples
• Les conducteurs contrôlent le courant plus étroitement dans les systèmes d’éclairage
Détection et démodulation du signal
Une diode peut être utilisée pour faire passer une partie d’une forme d’onde de signal. Dans la détection d’enveloppe AM, un chemin de conduction polarisé en direct charge un condensateur sur les pics de signal, et le condensateur se décharge entre les pics via une résistance de charge, récupérant ainsi le contenu du message à basse fréquence. Rôles connexes en circuits :
• Détection de pic et serrage
• Façonnage du signal à demi-onde
• Étapes simples de détection RF
Applications en biais inverse
Polarisation inverse dans les photodiodes
Une photodiode est maintenue en polarisation inverse, de sorte que la région de déplétion est large et prête à répondre à la lumière. Cela le rend plus sensible aux petits changements de lumière.
Polarisation inverse dans les diodes Zener
Une diode Zener est utilisée en polarisation inverse près de sa tension de rupture. Dans cet état, il maintient la tension presque stable et aide à réguler l’alimentation.
Polarisation inverse dans les diodes de protection TVS
Les diodes TVS (Transient Voltage Suppression) restent polarisées inversement pendant le fonctionnement normal. Lorsqu’un pic de tension soudain survient, ils conduisent en sens inverse et aident à limiter la tension.
Polarisation inverse pour l’isolement
Une diode à polarisation inverse bloque le flux normal du courant. Cela aide à isoler certaines parties d’un circuit et à stopper les chemins de courant indésirables.
Conclusion
La polarisation par diode relie la jonction PN au comportement réel du circuit. En polarisation directe, la région d’épuisement devient mince, la tension de genou est atteinte, et le courant monte rapidement, alimentant les redresseurs, les LED et les étages du signal ou logiques. En polarisation inverse, la région s’élargit, le courant reste faible jusqu’à la rupture, permettant les photodiodes, le contrôle Zener, la protection TVS et l’isolation.
Foire aux questions [FAQ]
Comment la température influence-t-elle la polarisation des diodes ?
Une température plus élevée réduit la chute de tension directe et augmente le courant de fuite inverse.
Quel est le temps de récupération inverse dans une diode ?
Le temps de récupération inverse est le délai après le passage de polarisation directe à arrière alors que la diode conduit toujours en raison de la charge stockée.
Comment les indices des diodes influencent-ils les conditions de polarisation ?
La tension et le courant de polarisation doivent rester inférieurs au courant direct maximal et à la tension inverse maximale de la diode pour éviter les dommages.
Qu’est-ce que la résistance dynamique dans une diode à polarisation directe ?
La résistance dynamique est le rapport entre un léger changement de tension directe et un faible changement de courant direct à un point de fonctionnement donné.
Que se passe-t-il si une diode est surchargée en polarisation ?
Un courant direct ou une tension inverse trop élevé surchauffe la jonction, augmente les fuites et peut provoquer une défaillance permanente.
