3.1 Diodes

Une DEL rouge, un pack de 12 V et, sur la fiche, « 2 V, 20 mA ». Le réflexe est de lui donner ses 2 V. On ne le fait jamais, et le pourquoi passe par un cristal de plomb et une pointe de fil.

En 1874, Ferdinand Braun pose un fil sur un cristal de galène et voit le courant passer dans un sens et presque pas dans l’autre. Personne ne sait pourquoi. Jagadish Chandra Bose dépose un brevet de détecteur à cristal en 1901, Greenleaf Pickard un autre, au silicium, en 1906, et le poste à galène des années 1920 vit de cette ignorance : on promène la « moustache de chat » sur la pierre jusqu’au point qui redresse. Il faudra Schottky et Mott, en 1938, pour expliquer ce contact de métal sur cristal : soixante ans de redresseurs sans théorie du redressement.

Le tube à vide prend le nom (Eccles forge « diode » pour lui en 1919) et le marché. Le cristal revient par les Bell Labs. En 1939, Russell Ohl étudie des barreaux de silicium pour la radio ; l’un d’eux, fendu, sépare deux zones d’impuretés différentes, et en 1940, quand on l’éclaire, une tension apparaît à ses bornes. La jonction P-N est trouvée avant d’être cherchée. Shockley en écrit la théorie en 1949, les trous d’un côté, les électrons de l’autre, une zone vide de porteurs entre les deux, et un courant qui monte en exponentielle de la tension appliquée.

À l’établi, l’exponentielle dit que la tension bouge peu et le courant beaucoup : dix fois plus de courant pour soixante millivolts de plus dans la diode idéale de Shockley, le double sur une vraie diode de l’établi. D’où les nombres qu’on retient. De 0,6 à 0,7 V pour le silicium ; de 0,2 à 0,4 V pour une Schottky, un contact de métal sur silicium ; de 1,8 à 3,3 V pour une DEL selon sa couleur, parce que la marche que l’électron descend dans la jonction sort en lumière, rouge chez Holonyak en 1962, bleue chez Akasaki, Amano et Nakamura, Nobel 2014, et la blanche est une bleue sous un phosphore.

Revenons à la DEL. Sous 2,0 V celle de la fiche tire 20 mA, mais la fiche dit aussi « 2,6 V max » : sa voisine du sachet n’en tire que 2 à cette tension, et la première en tire 40 sous 2,2 V, puis plus encore quand elle chauffe, parce que son seuil baisse. On ne fixe donc jamais la tension d’une diode, on fixe son courant, par une résistance qui avale le reste. Sur 12 V, une DEL rouge de 2 V et 20 mA voulus, (12 − 2) ÷ 0,020 = 500 Ω, 470 Ω dans la série E12, 21 mA, et la résistance dissipe 10 V × 21 mA = 0,21 W, donc une demi-watt. Le témoin de charge d’un pack est exactement ça, et la résistance est la pièce qui chauffe.

La deuxième diode de la maison ne redresse rien ; elle attend. Une bobine, relais ou moteur, ne veut pas que son courant s’arrête. Quand le transistor l’ouvre, elle produit la tension qu’il faut pour le maintenir, des centaines de volts, et c’est le transistor qui les prend. La diode de roue libre, en parallèle sur la bobine et bloquée tant que le relais est alimenté, lui donne un chemin, et le courant s’éteint en quelques millisecondes au lieu de crever quelque chose. Sur le relais du robot de classe, une 1N4007 suffit. Dans un contrôleur de moteur, c’est une Schottky de puissance, et ses 0,5 V sous 30 A font quand même 15 W ; le radiateur est là pour elle.

L’erreur classique : brancher la DEL « de 2 V » sur une pile bouton de 3 V, la voir s’allumer, et conclure qu’elle s’alimente en tension. Elle s’est allumée parce que la pile bouton ne pouvait pas donner plus. Le pack pourra.