Ce découpage de la diode sur le signal d’entrée produit une forme d’onde de sortie qui ressemble à une version aplatie de l’entrée. Par exemple, le redresseur à demi-onde est un circuit de découpage, puisque toutes les tensions inférieures à zéro sont éliminées.

Cependant, les Circuits de Découpe par Diode peuvent être utilisés dans une variété d’applications pour modifier une forme d’onde d’entrée en utilisant des diodes de signal et des diodes Schottky ou pour fournir une protection contre les surtensions en utilisant des diodes Zener afin de garantir que la tension de sortie ne dépasse jamais un certain niveau, protégeant ainsi le circuit des pics de haute tension. Les circuits de découpage par diode peuvent alors être utilisés dans des applications de limitation de tension.

Nous avons vu dans le tutoriel sur les Diodes de Signal que lorsque qu’une diode est polarisée directement, elle permet au courant de passer à travers elle, maintenant ainsi la tension. Lorsque la diode est polarisée inversément, aucun courant ne passe à travers elle et la tension aux bornes n’est pas affectée, c’est le fonctionnement de base du circuit de découpage par diode.

Bien que la tension d’entrée aux circuits de découpage par diode puisse avoir n’importe quelle forme d’onde, nous supposerons ici que la tension d’entrée est sinusoïdale. Considérons les circuits ci-dessous.

Découpe des Deux Semi-Cycles

Si nous connectons deux diodes en inverse parallèle comme montré, alors à la fois les demi-cycles positif et négatif seraient découpés alors que la diode D₁ découpe le demi-cycle positif de l’onde sinusoïdale d’entrée tandis que la diode D₂ découpe le demi-cycle négatif. Ainsi, les circuits de découpage par diode peuvent être utilisés pour découper le demi-cycle positif, le demi-cycle négatif ou les deux.

Pour les diodes idéales, la forme d’onde de sortie ci-dessus serait nulle. Cependant, en raison de la chute de tension en polarisation directe à travers les diodes, le point de découpe réel se situe à +0.7 volts et –0.7 volts respectivement. Mais nous pouvons augmenter ce seuil ±0.7V à n’importe quelle valeur que nous souhaitons jusqu’à la valeur maximale, (V_PEAK) de l’onde sinusoïdale soit en réunissant davantage de diodes en série créant des multiples de 0.7 volts, soit en ajoutant une tension de polarisation aux diodes.

Circuits de Découpe par Diode Polarisée

Pour produire des circuits de découpage par diode pour des formes d’onde de tension à différents niveaux, une tension de polarisation, V_BIAS est ajoutée en série avec la diode pour produire un découpeur de combinaison comme montré. La tension à travers la combinaison en série doit être supérieure à V_BIAS + 0.7V avant que la diode ne devienne suffisamment polarisée directement pour conduire. Par exemple, si le niveau de V_BIAS est fixé à 4.0 volts, alors la tension sinusoïdale au terminal anode de la diode doit être supérieure à 4.0 + 0.7 = 4.7 volts pour qu’elle devienne polarisée directement. Tous les niveaux de tension anode supérieurs à ce point de polarisation sont découpés.

Diode à Polarisation Positive

De même, en inversant la diode et la tension de polarisation de la batterie, lorsqu’une diode conduit, le demi-cycle négatif de la forme d’onde de sortie est maintenu à un niveau –V_BIAS – 0.7V comme montré.

Diode à Polarisation Négative

Un niveau de découpage variable de diode ou de limitation de diode peut être obtenu en variant la tension de polarisation des diodes. Si les demi-cycles positif et négatif doivent être découpés, alors deux diodes de découpage polarisées sont utilisées. Mais pour le découpage par diode positif et négatif, la tension de polarisation n’a pas besoin d’être la même. La tension de polarisation positive pourrait être à un niveau, par exemple 4 volts, et la tension de polarisation négative à un autre, par exemple 6 volts comme montré.

Découpe de Diode à Différents Niveaux de Polarisation

Lorsque la tension du demi-cycle positif atteint +4.7 V, la diode D₁ conduit et limite la forme d’onde à +4.7 V. La diode D₂ ne conduit pas avant que la tension n’atteigne –6.7 V. Par conséquent, toutes les tensions positives au-dessus de +4.7 V et les tensions négatives en dessous de –6.7 V sont automatiquement découpées.

L’avantage des circuits de découpage par diode polarisée est qu’ils empêchent le signal de sortie de dépasser des limites de tension prédéfinies pour les deux demi-cycles de la forme d’onde d’entrée, qui pourrait provenir d’un capteur bruyant ou des rails d’alimentation positif et négatif d’une alimentation.

Si les niveaux de découpage par diode sont réglés trop bas ou si la forme d’onde d’entrée est trop grande, alors l’élimination des pics des deux formes d’onde pourrait aboutir à une forme d’onde en forme d’onde carrée.

Circuits de Découpe par Diode Zener

L’utilisation d’une tension de polarisation signifie que la quantité de la forme d’onde de tension qui est découpée peut être contrôlée avec précision. Mais l’un des principaux inconvénients des circuits de découpage par diode polarisée en tension est qu’ils nécessitent une source de batterie emf supplémentaire, ce qui peut ou non poser problème.

Une façon simple de créer des circuits de découpage par diode polarisée sans avoir besoin d’une source de emf supplémentaire est d’utiliser des Diodes Zener.

Comme nous le savons, la diode Zener est un autre type de diode qui a été spécialement fabriqué pour fonctionner dans sa région de rupture de polarisation inverse et peut donc être utilisée pour la régulation de tension ou pour des applications de découpage par diode Zener. Dans la région de polarisation directe, la diode Zener agit comme une diode en silicium ordinaire avec une chute de tension directe de 0.7V (700mV) lorsqu’elle conduit, comme ci-dessus.

Cependant, dans la région de polarisation inverse, la tension est bloquée jusqu’à ce que la tension de rupture de la diode Zener soit atteinte. À ce moment-là, le courant inverse à travers la Zener augmente brusquement mais la tension Zener, V_Z à travers le dispositif reste constante même si le courant Zener, I_Z varie.

Nous pouvons alors utiliser cette action Zener à bon escient pour découper une forme d’onde comme montré.

Découpe par Diode Zener

La diode Zener agit comme un circuit de découpage par diode polarisée avec une tension de polarisation égale à la tension de rupture de la Zener. Dans ce circuit, pendant la moitié positive de la forme d’onde, la diode Zener est polarisée inversement, de sorte que la forme d’onde est découpée à la tension Zener, V_ZD1. Pendant le demi-cycle négatif, la Zener agit comme une diode normale avec sa valeur de jonction habituelle de 0.7V.

Nous pouvons développer cette idée davantage en utilisant les caractéristiques de tension inverse des diodes Zener pour découper les deux moitiés d’une forme d’onde en utilisant des diodes Zener connectées en série dos à dos comme montré.

Découpe Zener en Onde Complète

La forme d’onde de sortie des circuits de découpage en onde complète à diode Zener ressemble à celle du circuit de découpage par diode polarisée en tension précédente. La forme d’onde de sortie sera découpée à la tension Zener plus la chute de voltage directe de 0.7V de l’autre diode. Donc, par exemple, le demi-cycle positif sera découpé à la somme de la diode Zener, ZD₁ plus 0.7V de ZD₂ et vice versa pour le demi-cycle négatif.

Les diodes Zener sont fabriquées avec une large gamme de tensions et peuvent être utilisées pour donner différentes références de tension à chaque demi-cycle, comme vu ci-dessus. Les diodes Zener sont disponibles avec des tensions de rupture Zener, V_Z allant de 2.4 à 33 volts, avec une tolérance typique de 1 ou 5%. Il convient de noter qu’une fois que la diode conduit dans la région de rupture inverse, un courant complet circulera à travers la diode Zener, il faut donc choisir une résistance limitant le courant appropriée, R₁.

Résumé des Circuits de Découpe par Diode

En plus d’être utilisées comme redresseurs, les diodes peuvent également être utilisées pour découper le haut, le bas ou les deux d’une forme d’onde à un niveau dc particulier et la transmettre à la sortie sans distorsion. Dans nos exemples ci-dessus, nous avons supposé que la forme d’onde est sinusoïdale, mais en théorie, n’importe quelle forme d’onde d’entrée peut être utilisée.

Les Circuits de Découpe par Diode sont utilisés pour éliminer les bruits d’amplitude ou les pics de tension, pour la régulation de tension ou pour produire de nouvelles formes d’onde à partir d’un signal existant comme aplatir les pics d’une forme d’onde sinusoïdale pour obtenir une forme d’onde rectangulaire comme vu ci-dessus.

L’application la plus courante d’un « découpage par diode » est comme une diode de vol, ou diode de roue libre, connectée en parallèle à une charge inductive pour protéger le transistor de commutation contre les transitoires de tension inverse.