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Fiche explicative de la leçon : Diodes Physique

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire le fonctionnement des diodes et à identifier les matériaux utilisés pour leur construction.

Une diode est un composant de circuit électrique qui permet à un courant de la traverser dans un sens mais pas dans le sens opposée.

Le symbole d’une diode sur un schéma de circuit est un triangle pointant vers un trait perpendiculaire au fil conducteur.

L’orientation du triangle sur le symbole indique le sens dans lequel le courant peut passer.

Considérons le circuit simple ci-dessous, composé d’une pile, d’une diode et d’une résistance.

Rappelons que par convention le courant sort de la borne positive et circule vers la borne négative, ce qui est dans le sens des aiguilles d’une montre sur ce schéma. Dans cet exemple, le courant est dans le sens passant de la diode, et donc il y a du courant qui circule dans le circuit.

Maintenant, imaginons que nous avons connecté la pile dans l’autre sens, de sorte que le courant soit dans le sens opposée.

Dans ce cas, le sens du courant est dans le sens bloquant de la diode, donc il n’y aura pas de courant dans ce circuit.

Exemple 1: Comprendre le symbole du circuit d’une diode

Quel schéma suivant montre correctement le sens dans lequel un courant peut traverser une diode?

Réponse

Dans cet exemple, nous devons nous rappeler dans quel sens le courant peut passer à travers une diode.

Ici, le symbole de la diode est utile, car le triangle pointe dans le sens du courant autorisé. Dans l’option A, le courant pointe dans le sens opposé au triangle, de sorte que la diode ne permet pas le courant de passer dans ce sens.

Dans l’option B, la flèche représentant le courant pointe dans le même sens que le symbole de la diode, de sorte que le courant peut passer dans ce sens.

L’option B est donc la bonne réponse.

Les diodes ont diverses utilisations dans les circuits électriques. Comme nous l’avons vu, quand une diode est présente dans le circuit, tout courant est empêché si la pile est connectée en sens inverse, de sorte que les diodes peuvent être utilisées pour protéger d’autres composants électriques contre les dommages dans le cas où la source d’alimentation est mal connectée.

Une diode peut également être utilisée pour convertir le courant alternatif en courant continu. Le courant alternatif est utilisé dans les réseaux de distribution, il change de sens périodiquement.

Lorsqu’une diode est introduite dans le circuit, la partie négative du cycle est annulée, en ne laissant passer que le courant positif.

Dans les exemples suivants, nous examinerons l’effet des diodes sur les circuits électriques.

Exemple 2: Comprendre les diodes dans les schémas électriques

Le schéma montre un circuit contenant plusieurs diodes et ampoules électriques. Toutes les ampoules sont connectées en parallèle avec la pile. Parmi les ampoules, lesquelles seraient allumées?

Réponse

Dans cet exemple, nous avons un circuit contenant une source d’alimentation, trois ampoules et cinq diodes. Les ampoules sont connectées en parallèle.

Premièrement, nous devons nous rappeler que le courant conventionnel sort de la borne positive et circule vers la borne négative et que la borne positive est représentée par la ligne la plus longue. Dans ce cas, cela signifie que le courant est dans le sens des aiguilles d’une montre dans ce circuit.

Les trois ampoules sont connectées en parallèle, ce qui signifie que nous pouvons considérer chaque partie du circuit séparément. Alors, regardons chaque ampoule à tour de rôle.

L’ampoule 1 est connectée à une diode qui laisse passer le courant dans le sens des aiguilles d’une montre. Il y aura donc du courant à travers cette partie du circuit, et l’ampoule 1 sera allumée.

L’ampoule 2 est connectée à une diode qui ne laisse passer du courant que dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Aucun courant ne sera autorisé à traverser cette partie du circuit, de sorte que l’ampoule ne sera pas allumée.

L’ampoule 3 est connectée à trois diodes. La diode d’en haut autorise le courant dans le sens des aiguilles d’une montre, mais les deux autres ne laissent pas passer le courant dans le sens horlogique. Pour qu’il y ait du courant à travers cette partie du circuit, il aurait fallu que les trois diodes soient passantes;ainsi, l’ampoule 3 ne sera pas allumée.

Donc, une seule ampoule dans ce circuit est allumée, c’est l’ampoule 1.

Exemple 3: Comprendre les diodes dans les schémas électriques

Le schéma montre un circuit contenant plusieurs diodes et résistances. Toutes les résistances sont connectées en parallèle avec la pile. À travers quelles résistances, le cas échéant, le courant serait non nul?

Réponse

Dans cet exemple, nous avons un circuit contenant une source d’alimentation, trois résistances et quatre diodes. Les résistances sont connectées en parallèle, de sorte que nous pouvons considérer chaque partie du circuit individuellement.

Tout d’abord, rappelons que le courant conventionnel va de la borne positive (représentée par la ligne la plus longue) vers la borne négative (représentée par la ligne la plus courte). Dans ce cas, cela signifie que le courant est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Les deux résistances 𝑅 et 𝑅 sont connectées à des diodes qui permettent au courant de passer vers le bas, ou dans le sens horlogique. Ceci est opposé au sens du courant de ce circuit, donc il n’y aura pas de courant à travers 𝑅 ou 𝑅.

La troisième résistance 𝑅 est reliée à deux diodes. L’une d’elles, celle d’en bas sur le schéma, autorise le courant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, est dans le même sens que la source du courant. Cependant, la diode d’en haut n’autorise que le courant dans le sens des aiguilles d’une montre. Pour qu’il y ait un courant non nul à travers cette partie du circuit, toutes ces deux diodes auraient dû être passantes, de sorte que le courant traversant 𝑅 vaut zéro.

Par conséquent, aucune des résistances n’est traversée par un courant non nul.

Considérons les circuits suivants dans lesquels nous avons une pile connectée à une diode, avec un ampèremètre pour mesurer le courant traversant le circuit et un voltmètre pour mesurer la différence de potentiel aux bornes de la diode. On peut faire varier la différence de potentiel aux bornes de la diode en utilisant différentes piles. Nous pouvons également la relier dans le sens inverse comme dans le schéma à droite, que nous pouvons considérer comme une différence de potentiel négative. Dans ce cas, le courant sera dans la direction opposée, et nous pouvons le considérer comme un courant négatif.

Comment le courant mesuré changera-t-il lorsque nous modifions la différence de potentiel aux bornes de la diode?Le graphique 𝐼 - 𝑉 ci-dessous relie courant et différence de potentiel, avec le courant sur l’axe vertical et la différence de potentiel sur l’axe horizontal. La ligne bleue indique la variation du courant lorsque nous ajustons la différence de potentiel.

Lorsque la différence de potentiel est négative, le courant est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, la diode ne laisse passer aucun courant. Dès que la différence de potentiel devient positive, un courant important circule. La diode agit en effet comme un commutateur, qui est ouvert lorsque la différence de potentiel est négative et fermée quand elle est positive.

C’est ce que nous appelons une « diode idéale ». En réalité, les diodes sont faites de semi-conducteurs qui présentent une résistance très élevée - mais pas infinie - dans un sens. Cela signifie qu’une petite quantité de courant existe lorsque la différence de potentiel est négative. Et pour de très grandes différences de potentiel négatives, il y aura ce qu’on appelle un claquage ou même destruction de la diode et le courant augment brusquement.

Lorsque la différence de potentiel est positive, une diode réelle ne réagit pas tant que la différence de potentiel ne dépasse pas un certain seuil. Pour les diodes réelles, le graphique 𝐼 - 𝑉 ressemble plus à celui de ci-dessous.

Dans un dernier exemple, nous allons nous familiariser avec l’interprétation de graphique 𝐼 - 𝑉 des diodes.

Exemple 4: Déterminer la résistance à partir d’un graphique 𝐼 – 𝑉 d’une diode

Le graphique montre la courbe 𝐼 - 𝑉 caractéristiques d’une diode.

  1. En quel point sur le graphique la résistance de la diode est la plus élevée?
  2. En quel point indiqué sur le graphique la résistance de la diode est la plus faible?

Réponse

Partie 1

Ici, on nous donne un graphique 𝐼 - 𝑉 d’une diode qui indique un courant nul lorsque la différence de potentiel est négative;une petite quantité de courant lorsque la différence de potentiel est positive;puis une amorce suivie d’une augmentation rapide de courant lorsqu’il y a une grande différence de potentiel positive. Nous devons identifier parmi les quatre points indiqués sur le graphique 𝑃, 𝑄, 𝑅, et 𝑆, là où la résistance de la diode est la plus élevée,

Rappelons que la résistance entrave le courant. Par conséquent, la plus grande résistance coïncidera avec la région du graphique où l’intensité du courant est la plus faible. Cela se produit lorsque la différence de potentiel est négative. Parmi les points marqués, le point 𝑇 correspond à la plus grande résistance.

Partie 2

Nous devons maintenant identifier le point où la résistance de la diode est la plus petite. La diode présente la plus faible résistance lorsque le courant est le plus élevé. Le point correspondant au courant le plus élevé est le point 𝑃. Par conséquent, la résistance de la diode est la plus faible au point 𝑃.

Points clés

  • Une diode est un composant de circuit électrique qui permet à un courant de la traverser dans un sens mais pas dans l’autre.
  • Sur les schémas électriques, la diode est représentée par le symbole suivant:
  • Pour le courant conventionnel, allant de la borne positive vers la borne négative, le symbole pointe dans le sens du courant autorisé.
  • Une diode idéale agit comme un commutateur, ne présente aucune résistance lorsque la différence de potentiel est positive et une résistance infinie lorsqu’elle est négative.
  • Une diode réelle a une tension de seuil en dessous de laquelle le courant est faible et permet une petite quantité de courant lorsque la différence de potentiel est négative. Il y a claquage et même destruction de la diode et augmentation brusque du courant lorsque la différence de potentiel négative devient suffisamment grande.

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