Sciences · Physique
Diode et DEL
Une diode est un dipôle qui laisse passer le courant dans un seul sens, de l’anode vers la cathode. La DEL (LED en anglais) est une diode qui émet de la lumière quand elle est traversée par un courant.
Mis à jour le 4 min de lecture
La diode est le premier composant « polarisé » que l’on rencontre en électricité : contrairement à une lampe ou à une résistance, son comportement dépend du sens dans lequel on la branche. Dans un sens, elle laisse passer le courant (sens passant) ; dans l’autre, elle le bloque (sens bloquant). La DEL, diode électroluminescente (en anglais LED, light-emitting diode), possède la même propriété et émet en plus de la lumière. On l’étudie au collège pour comprendre le sens du courant, puis au lycée pour sa caractéristique.
Le symbole et les bornes
Le symbole de la diode est un triangle pointant vers un trait perpendiculaire au fil. Le triangle indique le sens passant du courant. La DEL a le même symbole, complété par deux petites flèches sortantes qui représentent la lumière émise.
| Borne | Nom | Repère sur le composant |
|---|---|---|
| Côté triangle (entrée du courant) | Anode (+) | Patte la plus longue d’une DEL |
| Côté trait (sortie du courant) | Cathode (−) | Patte la plus courte, méplat sur le bord de la DEL, anneau sur une diode |
Pourquoi elle ne conduit que dans un sens
Une diode est formée de la jonction de deux zones de semi-conducteur, généralement du silicium : une zone P (pauvre en électrons) et une zone N (riche en électrons). À leur frontière se forme une zone sans porteurs de charge, qui agit comme une barrière. Dans le sens passant, la tension appliquée réduit cette barrière ; dans le sens bloquant, elle l’élargit.
La tension de seuil
Même dans le sens passant, une diode ne conduit vraiment qu’au-delà d’une tension de seuil :
| Composant | Tension de seuil typique |
|---|---|
| Diode au silicium | Environ 0,6 à 0,7 V |
| DEL rouge | Environ 1,8 à 2 V |
| DEL verte ou jaune | Environ 2 à 2,2 V |
| DEL bleue ou blanche | Environ 3 à 3,3 V |
Au-dessus du seuil, l’intensité augmente très vite pour une petite hausse de tension. Une diode ne suit donc pas la loi d’Ohm : sa caractéristique intensité-tension n’est pas une droite.
La résistance de protection
Une DEL branchée directement sur une pile de 4,5 V ou 9 V reçoit une intensité excessive et grille en quelques instants. On la place toujours en série avec une résistance qui limite le courant.
R = (U_générateur − U_DEL) / I
Expérience classique : le sens du courant
Matériel : une pile plate de 4,5 V, une DEL, une résistance de 220 à 330 Ω, une lampe, des fils.
- Monter en série la pile, la résistance et la DEL, patte longue côté +. La DEL s’allume.
- Retourner la DEL : elle reste éteinte.
- Ajouter une lampe en série : avec la DEL dans le sens bloquant, la lampe reste éteinte aussi. Preuve que la diode bloque le courant dans toute la boucle.
Les usages
- Redressement : transformer un courant alternatif en courant de sens unique (dans les chargeurs et les alimentations), grâce à un pont de quatre diodes.
- Protection : empêcher un appareil d’être endommagé par une pile insérée à l’envers.
- Éclairage : les DEL ont remplacé les lampes à incandescence grâce à un bien meilleur rendement (voir ampoule électrique).
- Affichage et signalisation : écrans, voyants, feux de circulation, télécommandes (DEL infrarouges).
- Capteurs : la photodiode, montée en inverse, produit un courant quand elle est éclairée.
La DEL bleue efficace, mise au point au début des années 1990, a permis la DEL blanche ; ses inventeurs ont reçu le prix Nobel de physique 2014.
Erreurs fréquentes
- Brancher une DEL sans résistance : elle grille.
- Inverser les pattes et conclure que la DEL est défectueuse.
- Appliquer la loi d’Ohm à la diode comme à une résistance.
- Croire que la diode bloquante « consomme » la tension sans effet : en sens bloquant, toute la tension du générateur se retrouve à ses bornes, comme pour un interrupteur ouvert.
Exercice corrigé
Énoncé. Une DEL blanche (seuil 3,2 V, intensité maximale 20 mA) doit être alimentée par un port USB de 5 V. 1) Calculer la résistance minimale. 2) On dispose de 68 Ω, 100 Ω et 150 Ω : laquelle choisir ? 3) Calculer l’intensité obtenue.
Corrigé.
R = (5 − 3,2) / 0,020 = 90 Ω.- 100 Ω : c’est la plus petite valeur supérieure à 90 Ω. 68 Ω laisserait passer trop de courant.
I = (5 − 3,2) / 100 = 0,018 A, soit 18 mA, sous la limite de 20 mA.
Questions fréquentes
Comment reconnaître la cathode d’une DEL ?
C’est la patte la plus courte, du côté du méplat sur le bord de la coque. À l’intérieur, la cathode est souvent la pièce métallique la plus large.
Une DEL peut-elle fonctionner en courant alternatif ?
Seule, elle ne s’allume que pendant les alternances où elle est passante, soit la moitié du temps, ce qui provoque un scintillement. Les ampoules DEL pour le secteur contiennent un circuit qui redresse et régule le courant.
Pourquoi une DEL chauffe-t-elle moins qu’une lampe à filament ?
Elle convertit une part bien plus grande de l’énergie électrique en lumière visible. Une lampe à incandescence en transforme moins de 5 % en lumière, le reste en chaleur.