Comprendre la tension directe (forward voltage) des diodes : concepts clés et applications

La tension directe d'une diode (diode forward voltage) désigne la chute de tension qui se produit quand un courant électrique traverse une diode dans un circuit. Elle est généralement indépendante de la quantité de courant traversant la diode, et sera la même pour une famille donnée de diodes. Pour les diodes au silicium, les plus courantes, la chute de tension directe est d'environ 0,7 volt (V).

Diode : valve à sens unique pour électrons

Les diodes sont des dispositifs qui laissent passer le courant électrique dans un seul sens, et peuvent être considérées comme une sorte de valve unidirectionnelle pour électrons. Quand les électrons se déplacent dans la bonne direction pour traverser la diode, celle-ci est dite polarisée en direct (forward biased). Ainsi, la chute de tension directe est aussi appelée chute de tension de polarisation directe (forward bias voltage drop).

Fonctionnement interne : jonction p-n

Les diodes fonctionnent en ayant un petit morceau de matériau semi-conducteur dopé entre leurs électrodes, qui laisse passer les électrons dans un sens mais pas l'autre. Ce matériau a deux zones : la zone n, riche en électrons chargés négativement, et la zone p, pauvre en électrons. La zone p peut être vue comme ayant des trous positifs acceptant les électrons de la zone n. Quand les deux zones sont réunies pour former une jonction p-n, les électrons transfèrent de la zone n vers la zone p jusqu'à ce que tous les électrons de la zone n disponibles comme porteurs de courant soient utilisés, et la jonction devient un isolant.

Polarisation directe : injection d'électrons frais

Si de nouveaux électrons sont injectés dans la zone n appauvrie, tandis qu'ils sont retirés de la zone p saturée, le courant circulera à travers la jonction. C'est ce qui se passe quand la diode est polarisée en direct. Les électrons doivent être poussés par une tension avec assez de force pour traverser la jonction p-n, et cette poussée est la source de la tension directe de la diode, ou chute de tension de polarisation directe.

Polarisation inverse et risque de claquage

Si la polarité du circuit est inversée, et qu'on tente d'injecter des électrons dans la zone p tout en les retirant de la zone n, la diode est dite polarisée en inverse (reverse biased) et aucun courant ne circulera. Si cette tension inverse dépasse une certaine valeur — la tension inverse maximale — la diode peut claquer et laisser passer de gros courants, dans un processus appelé claquage en tension inverse (reverse voltage breakdown). La diode sera alors définitivement endommagée.

Variations selon le type de diode

Différents types de diodes ont différentes chutes de tension directe. La chute d'une diode électroluminescente (LED) simple peut varier de 1,4 à 4 V selon le type. Pour la diode Schottky, la chute est généralement seulement de 0,2 V.