Diodes de redressement et Schottky – Présentation

Les diodes de redressement et Schottky sont des composants très courants dans le secteur de l'électronique. Elles sont utilisées dans des dispositifs de toutes tailles, allant des unités à basse puissance aux équipements industriels de grandes dimensions.

Ces composants appartiennent à la catégorie des diodes. Ce sont des composants électroniques qui régulent le flux électrique, autorisant son passage dans une seule direction et l'interdisant dans l'autre. Dans un monde idéal, ces dispositifs devraient autoriser une quantité illimitée de courant dans une direction et bloquer une quantité illimitée de courant dans l'autre direction. Mais telle n'est pas la réalité.  Les diodes sont spécifiées pour fonctionner à différents niveaux de courant et de tension. Toute utilisation dans des capacités incompatibles avec leurs spécifications peut provoquer leur défaillance.

Les diodes font partie des composants électroniques les plus simples.  Une diode combine deux matériaux qui déterminent largement les applications de chaque type de diode. Ces applications peuvent être simples, par exemple des unités d'alimentation, mais aussi très avancées, tels que des détecteurs de radiation.

 

Qu'est-ce qu'une diode de redressement ?

Une diode de redressement ou redresseur sert à transformer le courant alternatif en courant continu.  Comme une diode n'autorise le passage du courant que dans une seule direction, le courant alternatif ne peut pas circuler dans l'autre direction.  Ce processus d'élimination du courant circulant dans une direction est appelé redressement.

Les diodes sont couramment utilisées pour cette application, mais d'autres composants électroniques servent aussi à redresser des tensions.  Des commutateurs sont aussi utilisés pour ce processus, de même que des tubes à vide et d'autres composants.

Lorsqu'un redresseur bloque un courant alternatif dans une direction, le courant continu obtenu par ce processus est pulsé.  Lorsque le dispositif n'est pas compatible avec un courant par impulsion, des filtres permettent d'obtenir un courant stabilisé capable d'assurer l'alimentation requise.

 

Quels sont les types de diodes de redressement disponibles ?

Les redresseurs ou diodes de redressement sont disponibles dans plusieurs variations.

Un redresseur pleine-onde convertit un courant d'entrée en sortie unipolaire. Par exemple, un courant alternatif peut être convertit en courant continu uniquement positif ou négatif, selon les besoins du fabricant.  Cette application combine plusieurs composants qui sont souvent vendus dans des configurations préassemblées parce que de tels dispositifs sont très demandés.

Un redresseur demi-onde reçoit une onde sinusoïdale CA et autorise le passage d'une seule phase sur la sortie.  Selon les besoins, on choisira de laisser passer la phase négative ou positive.  Un tel dispositif est extrêmement simple à monter puisqu'il ne nécessite qu'une seule diode.  Mais ces types de redresseur produisent un courant pulsé, ce qui implique des niveaux d'ondulation élevés. Un filtrage plus important est donc requis.

De nombreuses applications industrielles emploient des diodes redresseurs triphasées.  Tous les types déjà mentionnés ou d'autres peuvent servir de redresseurs. Mais le plus souvent, un thyristor (aussi appelé SCR ou redresseur contrôlé au silicium) est employé au lieu d'une diode.

 

Qu'est-ce qu'une diode Schottky ?

Deux propriétés principales différencient les diodes Schottky des autres types de diodes. Premièrement, la chute de tension est beaucoup plus faible sur une diode Schottky que sur la plupart des autres types. Cette propriété donne à la diode Schottky une qualité particulièrement importante : un temps de commutation très rapide.  Les systèmes équipés de ce type de diode bénéficient donc d'une excellente efficacité.

La rapidité de la commutation provient de la construction de ces diodes, comme expliqué plus loin. Ce type de diode nécessite très peu de temps pour passer d'un état à un autre (passage du courant, blocage du courant dans l'autre direction). Elle est plus rapide que les diodes conventionnelles qui peuvent normalement commuter à 100 ns.

 

D'où vient le nom de la diode Schottky ?

La diode Schottky doit son nom à Walter H. Schottky (1886-1976), un physicien allemand et un inventeur prolifique.  Il a collaboré avec Siemens et plusieurs dispositifs électroniques lui sont attribués.  Il a développé une équation (qui porte son nom) qui joue un rôle fondamental dans l'électronique moderne.  Ses contributions scientifiques peuvent essentiellement être appréciées par des spécialistes et elles sont donc peu connues du public.  Elles jouent un rôle très important, même si elles ne sont pas comprises par le premier venu.

Une diode Schottky utilise une jonction métal-semi-conducteur. Cette jonction est appelée barrière de Schottky. Le fonctionnement de la diode est déterminé par l'asymétrie de l'interface entre le métal et le matériau semi-conducteur.

 

Quels sont les composants d'une diode Schottky ?

Une diode Schottky a les mêmes composants de base qu'une autre diode, mais ses matériaux principaux diffèrent de ceux des diodes p-n, qui sont les plus courantes.

Ces composants de base incluent les fils qui la relient au circuit et les matériaux semi-conducteurs qui assurent son fonctionnement. Les diodes standard sont basées sur la jonction de deux semi-conducteurs : l'un dopé « P » l'autre dopé « N ».  L'anode est le fil positif et la cathode est le fil négatif de la diode.

Au lieu d'un matériau semi-conducteur de type P et d'un matériau semi-conducteur de type N, le cœur d'une diode Schottky réunit un matériau semi-conducteur de type N et un métal.  Les métaux utilisés incluent le chrome et le tungstène, mais aussi des métaux précieux comme le platine et le palladium.

La diode Schottky a une chute de tension directe réduite, qui la rend très utile dans une multitude d'applications. Outre sa rapidité de commutation, cette simple variation de construction leur confère une très grande utilité.

 

Comment fonctionne une diode Schottky ?

Une des applications les plus utiles des diodes est basée sur le fait qu'elles peuvent passer d'un état conducteur à un état non-conducteur lorsque la direction du courant est inversée.  Même si les intervalles de commutation sont très courts, étant mesurés en nanosecondes, une diode à jonction P-N a besoin de plus de temps qu'une diode Schottky pour changer d'état.

Lorsqu'une diode à semi-conducteur conventionnelle passe de l'état conducteur à l'état non-conducteur, un temps de récupération est nécessaire.  Ce délai est inutile dans une diode Schottky parce qu'un des matériaux semi-conducteurs est remplacé par un métal.  Par conséquent, comme une diode Schottky n'a pas une jonction à deux semi-conducteurs qui nécessitent une récupération à chaque changement d'état, elle est capable de changer d'état presque instantanément.  Cet avantage améliore considérablement l'efficacité du circuit.

 

Comment est construite une diode Schottky ?

La construction de ces diodes est très simple. Les fils métalliques arrivent au centre du composant.  Un fil est connecté au matériau semi-conducteur et l'autre au métal.  L'ensemble est protégé par un matériau isolant enroulé. Ces composants font partie des composants électroniques les moins encombrants.

 

Quelles applications nécessitent une diode Schottky ?

L'efficacité de ces diodes détermine le choix de leurs applications. Elles sont largement utilisées dans des mixers radio et des détecteurs de fréquence radio.  Elles répondent aux exigences de ces applications grâce à leurs capacités de fonctionnement à très hautes fréquences dans la gamme des MHz.

Les diodes Schottky servent aussi à protéger des transistors grâce à un processus appelé blocage de tension. Ce rôle est rendu possible par leur faible chute de tension.

Les diodes sont souvent utilisées comme une sorte de référence ou limite. Pour faire une analogie avec la plomberie, les diodes fonctionnent comme des clapets anti-retour. Elles autorisent le flux dans une direction, mais le bloquent dans l'autre sens.  Ce fonctionnement les rend très utiles pour protéger des dispositifs sensibles contre des courants circulant dans la direction opposée.  Les chargeurs de batteries en donnent un exemple évident.

Si une batterie ou un groupe de batteries est rechargé par une source d'alimentation externe, le courant doit circuler dans une direction pour les recharger, sans que son sens de circulation ne soit jamais inversé, puisque cela viderait la ou les batteries. Les diodes Schottky sont couramment utilisées pour cette application spécifique.

Les systèmes d'alimentation à commutation utilisent aussi ces dispositifs pour contrôler le flux du courant.  De tels systèmes alimentent de nombreux types de dispositifs, incluant des ordinateurs.

 

Quelles entreprises fabriquent des diodes Schottky ?

Les diodes Schottky sont des composants très couramment utilisés. Ils sont fabriqués par un grand nombre d'entreprises.  Ces fabricants incluent Fuji, Dynex, Cree, Bourns, Beckman, DAWIN Electronics, DiodesZetex, Fairchild semi-conductor, Lite-On et bien d'autres.

 

Qu'est-ce que le courant direct constant maximal ?

Il peut exister des écarts entre le fonctionnement idéal et le fonctionnement réel des composants électroniques. Dans une diode, la circulation du courant direct constant ne devrait jamais être limitée dans le dispositif, puisqu'il ne devrait offrir aucune résistance. Mais dans la réalité, de telles limites existent.  Nous décrivons ici ces limites et la gamme dans laquelle une diode peut fonctionner en toute sécurité.

Elle est mesurée en Amps et peut aller des niveaux de courant les plus faibles aux plus élevés, présents dans des diodes d'applications industrielles.

 

Qu'est-ce que la tension répétitive inverse de crête ?

Cette valeur est la plus haute tension que la diode peut accepter dans la direction inverse.  Si cette tension est dépassée, la diode peut subir un claquage par avalanche. Cela signifie que la diode commence à conduire le courant à travers des matériaux normalement destinés à servir d'isolants.  Dans ce cas, le terme «répétitif» désigne la tension pulsée circulant en sens inverse.

 

Qu'est-ce que la tension de crête avant ?

Cette valeur désigne le plus haut niveau de tension que la diode peut accepter dans le sens de circulation direct.  Le phénomène de crête est lié à la capacité de la diode à conserver ses propriétés lorsque sa température augmente.

 

Qu'est-ce que le temps de recouvrement de crête ?

Pendant une durée très courte, les diodes peuvent conduire dans la direction inverse lorsque le sens du courant change de direction, et en particulier lorsque cette direction change rapidement.  Cette valeur indique la durée maximale nécessaire pour que la diode arrête de conduire dans la direction inverse. Les diodes Schottky ont une durée de recouvrement très courte par rapport aux diodes à semi-conducteur P-N.

 

Quels sont les différents types de diodes ?

Les types de diodes sont différenciés par leur construction et leur fonction. Par exemple, de nombreux types de diodes appartiennent à la catégorie des diodes à semi-conducteur, mais leurs caractéristiques varient largement et par conséquent leurs applications.

Les diodes Schottky, les diodes redresseurs, les diodes de commutation, les diodes à vide sont des types de diodes différents, mais les caractéristiques de ces différences jouent un rôle essentiel.

Les diodes à vide et les diodes à semi-conducteur forment deux catégories générales de diodes.  Les diodes thermoïoniques sont des diodes à vide. Elles sont construites en plaçant un filament et une plaque dans un tube en verre où le vide d'air a été réalisé.  Elles ont existé bien avant les diodes à semi-conducteur utilisées dans les systèmes d'alimentation modernes.

La catégorie des diodes à semi-conducteur réunit de nombreux types, incluant :  Les diodes Schottky, très demandées pour leur performance de commutation. Les diodes électroluminescentes, qui émettent des photons lorsqu'un courant les traverse.  La durabilité et l'efficacité élevées de ces composants leur vaut d'être les remplacements les plus probables pour des éclairages à incandescence et à fluorescence dans de nombreuses applications.

Une photodiode est similaire à une diode LED, mais elle produit un courant en présence de lumière, au lieu de produire de la lumière en présence d'un courant.  Une diode tunnel est un type de diode à semi-conducteur très spécialisé, qui fonctionne à de très hautes vitesses. Elles sont utilisées dans les tuners, les compteurs et les générateurs d'impulsion.

Comme déjà indiqué, les redresseurs sont des diodes qui servent à changer la polarité d'une tension, pour obtenir un courant continu à la place d'un courant alternatif.

Les diodes peuvent aussi être différenciées par leur méthode de jonction.  Dans une diode à jonction p-n, deux matériaux semi-conducteurs sont mis en contact.  Deux des matériaux les plus courants utilisés sont l'arséniure de gallium et le germanium. Ces matériaux sont dopés pour créer le type requis.

Les diodes Schottky peuvent être décrites selon leur jonction, qui inclut un matériau semi-conducteur et un matériau métallique.

Les diodes à pointe sont construites avec un contact métallique qui interface avec le semi-conducteur, produisant un semi-conducteur de type P.

Les diodes thermoïoniques sont beaucoup moins fréquemment utilisées actuellement qu'elles ne l'ont été dans le passé.  Les diodes à semi-conducteur sont la norme. Offrant de très bons niveaux de performance et de fiabilité, elles sont très efficaces et très compactes.

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