Diòde

thumb|right|Diòde de silici de joncion P-N (l'anòde es a dreta, lo catòde a esquèrra). thumb|Representacion internacionau d'un diòde.

Un diòde es un compausant electronic. Es un dipòle electric non linear e polarizat, es a díser que lo son sens de brancament determina lo foncionament deu circuit electric on es plaçada. Shens precision particulara, un diòde es un compausant que permet lo passatge deu corrent unicament dens un sens. Lo diòde es gessit de recèrcas realizadas a la fin deu sègle XIX. La soa invencion permetó l'aparicion de l'electronica. Existeish un hum de diòdes diferents, mes despuish la Segonda Guèrra Mondiau, los diòdes de semiconductor constituïts d'una joncion P–N e los sons derivats son vadudas majoritàrias e quasi egemonicas en electronica, en electrotecnica e en esclairatge.

Istòria

Los diòdes primitius

La descobèrta deus diòdes avó lòc a la fin deu sègle XIX dens l'encastre de recèrcas suus redreçaires e sus la deteccion de las ondas ràdio. La descobèrta de l'efèit termoionic en 1873 peu fisician britanic Frederick Guthrie (1833-1886) es sovent citada com punt de partençaLo fenomèn estó en realitat descobèrt en 1853 per lo Francés Edmond Becquerel (1820-1891) mes la soa publicacion estó oblidada., mes l'estudi deu passatge deu corrent dens un cristau de galena miada en 1874 per l'Alemand Ferdinand Braun (1850-1918) es tanben a l'origina d'òbras ulterioras importantas. Dens los dus cas, descobrín materiaus on lo passatge de l'electricitat non respectava pas la lei d'Ohm. En particular, Braun demostrè que la conduccion electrica dins la galena varia segon lo sens deu corrent aplicat(de) F. Braun, « Ueber die Stromleitung durch Schwefelmetalle », Annalen der Physik und Chemie, vol. 153, n° 4, 1874, pp. 556-563..

Aquò miè a la concepcion deu diòde de vapor de mercuri per Peter Cooper Hewitt (1861-1921) en 1902(fr) Marie-Cécile Alvarez-Hérault, Victor Gouin, Trinidad Chardin-Segui, Alain Malot, Jonathan Coignard, Bertrand Raison e Jérôme Coulet, Planification des réseaux électriques de distribution. Évolution des méthodes et outils numériques pour la transition énergétique, Iste editions, 2022, p. 15. e deu tube electronic per John Ambrose Fleming (1849-1945) en 1904(fr) Jean-Claude Heudin, Créatures artificielles (Les). Des automates aux mondes virtuels, Éditions Odile Jacob, 2008, p. 95.. Aqueths compausants permetón l'aparicion de l'electronica e estón largament utilizats dinc a las annadas 1970. Totun, a tèrmi cort, la ràdio e la telegrafia shens hiu estón los dus maines d'aplicacion principaus dab l'invencion deu pòst de galena, basat sus ua fòrma primitiva de semiconductors, per Jagadish Chandra Bose (1858-1937)(en) G. Pearson e W. Brattain, « History of Semiconductor Research », Proceedings of the IRE, vol. 43, n° 12,‎ 1955, pp. 1794–1806..

Los diòdes de semiconductor

Las proprietats semiconductoras deu silici estón descobèrtas en 1906 per l'engenhaire estatsunidenc Greenleaf Whittier Pickard (1877-1956)(en) Brevet estatunidenc US836531A, Means for receiving intelligence communicated by electric waves, 30 d'aost de 1906.. Totun, la concepcion d'un procediment industriau de purificacion deu silici demorè un obstacle a ua utilizacion reau dinc a la Segonda Guèrra Mondiau. La concepcion e l'observacion de la prumèra joncion P-N peu fisician Russell Ohl (1898-1987), enter 1939 e 1941, estó ua estapa decisiva(en) M. Riordan e L. Hoddeson, « The origins of the pn junction », IEEE Spectrum, junh de 1997, pp. 46-51.. Los diòdes de silici e germani s'impausèn après 1945 gràcias a un còst de fabricacion mei febla. En mei, non necessitavan pas de corrent de cauhatge.

Cronologia de l'explosion deus diòdes

Après la descobèrta deus diòdes de semiconductor, un nombre important de tecnologias apareishón e l'estudi deus diòdes que's dividí lèu en sosdomenis distints. Mantua descobèrta importanta es resumida dens la cronologia ací devath : 1927 : prumèr depaus de brevet entà un diòde electroluminescent per Oleg Losev (1903-1942), pionèr sovietic de la recèrca suus semiconductors. 1934 : descobèrta de l'efèit Zener per Clarence Zener (1905-1993)(en) C. M. Zener, Elasticity and anelasticity of metals, Chicago, University of Chicago Press, 1948.. Annadas 1950 : concepcion deu diòde Zener. Los prumèrs modèles comerciaument disponibles sortín pendent las annadas 1960(en) Linden T. Harrison, Current Sources and Voltage References. A Design Reference for Electronics Engineers, Elsevier Science, 2005, p. 363.. 1950 : invencion deu diòde PIN per Jun-ichi Nishizawa (1926-2018)(en) G. W. A. Dummer, Electronic Inventions and Discoveries: Electronics from Its Earliest Beginnings to the Present Day, Elsevier, 3 edicion, 2013, p. 137.. 1957 : invencion deu diòde d'efèit tunèl per l'equipa deu Japonés Leo Esaki (vadut en 1925)(en) Leo Esaki, « New Phenomenon in Narrow Germanium p−n Junctions », Physical Review, vol. 109, n° 2, 1958, pp. 603-604.. 1962 : premier diòde electroluminescent roge. Annadas 1990 : concepcion deus diòdes electroluminescents blus e blancs actuaus per Shuji Nakamura (vadut en 1954), Isamu Akasaki (1929-2021) e Hiroshi Amano (vadut en 1960)(fr) Nicolas Poussin, Caractérisation du rendu des couleurs des nouvelles sources : les diodes électroluminescentes (LED), tèsi, Conservatoire national des arts et métiers, 2009..

Principi e descripcion

Generalitats

thumb|right|Simbèu internacionau deu diòde, lo sens deu triangle indica lo sens possible deu passatge deu corrent.

Un diòde es un dipòle electric de semiconductor (joncion P-N) que tien dus regimes de foncionament : blocat e passant(fr) Pierre Mayé, Aide-mémoire. Composants électroniques, Dunod, París, 6 edicion, 2021, p. 152.. Aqueths regimes de foncionament non son pas controlables dirèctament pr'amor que dependen de la tension VAK a las bòrnas : si la tension VAK es inferiora a ua tension lindau Vlindau, alavetz l'intensitat deu corrent que passa peu diòde ID es nullaLa tension lindau es sovent notada VF dens los documents deus fabricants de diòde (per l'anglés forward).. si la tension VAK es superiora a Vlindau, i a passatge d'un corrent electric ID non nul. Dens l'encastre de l'analogia idraulicaL'analogia idraulica considèra que l'electricitat es assimilabla a un liquide circulant dens ua conduita., lo diòde es donc assimilable a un clapet anti-retorn(fr) Jean-François Pochon, Mémoire Professionnel. Electricité et Analogie Hydraulique, Institut Suisse de Pédagogie pour la Formation Professionnelle, Centre Professionnel du Nord Vaudois, junh de 2003, p. 42.. Dens un sens, a partir d'ua pression lindau deu fluide, lo clapet dèisha passar lo fluide mes, dens l'aute sens, lo fluide non poirà pas obrir lo clapet e passar.

Diòde ideau

thumb|Caracteristicas e esquèmas equivalents d'un diòde ideau.

Lo diòde ideau (o diòde perfèit) es caracterizat per la soa tension Vlindau lindau e la soa intensitat dirècta ID. Si la tension aplicada a las bòrnas es inferiora a Vlindau, lo diòde blòca lo passatge deu corrent e es equivalent a un interruptor obèrt. Si la tension aplicada es egau o superiora a Vlindau, permet lo passatge deu corrent. Es alavetz equivalenta a un dipòle electric de tension Vlindau que dèisha passar lo corrent entrant. Si la tension lindau es nulla, lo diòde es equivalent a un simple hieu(en) Santiram Kal, Basic electronics. Devices, circuits and IT fundamentals, PHI Learning, 2009, p. 33.(fr) Yves Granjon, Bruno Estibals e Serge Weber, Le cours d'électronique, Dunod, 3 edicion, 2023, p. 77. .

Generaument, dens lo cas d'un diòde de silici, la tension lindau es egau a 0,7 V e pòt estar negligida au par de las autas tensions deu circuit.

Diòde reau

thumb|right|Caracteristicas de foncionament d'un diòde reau.

Lo diòde reau es tostemps caracterizat per la tension Vlindau e l'intensitat dirècta ID. Totun, tien tanben ua resisténcia electrica intèrna e ua tension de rompedura Vrompedura(fr) Yves Granjon, Bruno Estibals e Serge Weber, Le cours d'électronique, Dunod, 3 edicion, 2023, p. 76.. Es possible de definir tres zònas de foncionament : quan lo corrent circula dens lo sens passant, lo comportament es relativament similar au diòde ideau. Si la tension es inferiora a la tension lindau, lo corrent passant es quasi nul. Si la tension es superiora a la tension lindau, un corrent passa mes aumenta drin a drin dab la tension. quan lo corrent circula dens lo sens blocant, lo diòde dèisha passar un corrent de hueita de quauquas µA. Aqueth regime fonciona si la tension non despassa pas la tension de rompedura. quan lo corrent circula dens lo sens blocant e que la tension de rompedura es passada, lo corrent tòrna passar. Totun, lo diòde es lèu destrusit per efèit eslit. Dens las condicions de foncionament, las tensions lindau son egaus a 0,3 V peus diòdes de germani e de 0,7 V peus diòdes de silici(fr) Albert Paul Malvino e David J. Bates, Principes d'électronique. Cours et exercices corrigés, Dunod, 9 edicion, 2021, p. 55.. L'intensitat deu corrent passant es donat per l'equacion de Shockley(en) Allan R. Hambley, Electrical Engineering. Principles and Applications, partida 1, Pearson/Prentice Hall, 2005, p. 446. :

Dab Vj la tension a las bòrnas dau diòde, V0 la tension termica qu'es egau a kb.T/e (sia 26 mV a 20 °C), n un factor de qualitat dau diòde generaument comprés enter 1 e 2 e I0 una constanta aperada « corrent de saturacion » que despend deu compausant.

La resisténcia intèrna deu diòde entraina egaument ua dissipacion d'energia per efèit Joule. Totun, los diòdes non pòden pas resistir a ua temperatura tròp hauta. Atau, existeish ua poténcia maximau d'utilizacion. En delà, lo diòde risca de cremar(fr) Yves Granjon, Bruno Estibals e Serge Weber, Le cours d'électronique, Dunod, 3 edicion, 2023, p. 80..

Principi de foncionament

thumb|Esquèma simplificat d'una joncion P-N.

Lo foncionament d'un diòde es basat sus ua joncion P-N, es a díser sus la joncion de dus materiaus semiconductors dopats positivament e negativament(fr) Francis Lévy, Physique et technologie des semiconducteurs, Presses polytechniques et universitaires romandes, 1995, p. 171.. La partida dopada negativament deu cristau tien un excès d'electrons e la partida dopada positivament ua ua manca. Au nivèu de la joncion, los atòmes dopats N pèrden un electron e vaden ions positius. Lo fenomèn contrari a lòc dens la partida P. Com aqueths ions son fixes, aqueras transformacions crean ua barrèra opausada au passatge deu corrent, aperada zòna de deplecion, qu'es caracterizada per ua diferéncia de potenciau : si ua tension positiva es aplicada deu costat dopat negativament e ua tension negativa deu costat dopat positivament, los electrons son atirats cap au costat dopat negativament. Los electrons son donc mensh disponibles tà passar la zòna de deplecion. La barrèra de potenciau aumenta, çò qu'explica l'abséncia de passatge de corrent dens lo sens indirècte deu diòde. si ua tension positiva es aplicada deu costat P e negativa deu costat N, los electrons son dirigits cap tà la zòna de deplecion. Si la tension es superiora a la diferéncia de potenciau de la barrèra, los electrons pòden sautar la barrèra, çò qu'explica la conduccion deu corrent dens lo sens dirècte dau diòde.

Autas familhas de diòdes

Diòde Schottky