INT SF /2006 PC1 LES DIODES : CORRIGE

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1 LES DODES : COGE Diode de signal. 1. Dessiner le symbole d une diode à jonction PN et indiquer les zones P et N, l anode et la cathode. L anode est la zone P La cathode est la zone N V P N Figure 1 2. Dans le cas d une polarisation directe, représenter la d.d.p. aux bornes de la diode et le courant direct. Voire figure 1 3. Écrire l équation de Shockley. qv = S exp 1 ; kt kt On nomme potentiel thermique la quantité : V T = Q 4. Calculer la valeur du «potentiel thermique» V T à température ambiante 27 C. k =1, J/ : constante de Boltzmann. 23 kt 1,38.10.( ) V T = = = 2, 9mV 19 Q 1,6.10. Pour une diode idéale, la courbe caractéristique est constituée de 2 demi-droites issues du point M( =0, V=V s ), l une est horizontale l autre de pente 1/ D. Tracer cette courbe dans le cas d une diode au Silicium (V s = 0,6V) ayant D =40Ω. 1 12, 10 7, () Diode bloquée Diode passante D 2, V(V) V S 0 0,1 0,6 1 Figure 2 La courbe est linéarisée par morceaux ;

2 une demi droite horizontale jusqu en V = V S = 0,6V, une demi 1 droite oblique de pente + (croissance de m tous les 0,2V) D 6. Donner le schéma équivalent électrique à la diode dans les deux zones V<V s et V>V s. Voire figure 2 Pour V<V s la diode est bloquée et peut être remplacée par un interrupteur ouvert Pour V>V S la diode est passante et son schéma équivalent est constitué d une résistance ( D ) et d une f.c.e.m. de valeur V S = 0,6V. 7. La diode 1N4148 a s=12 f. Calculer la valeur de la résistance dynamique lorsque V D =0,6V et V T =2mV. s=12 f = d (diode passante) dv V V = T D soit = 2 Ω D T ( m) calcul de : 1 0,6 = exp 1 = 2,3 m finalement : D 2 = = 10, 6Ω 2,3 Diode Zener Soit une diode Dz de référence de tension 4V dont la caractéristique couranttension est idéalisée (résistances dynamiques nulles dans les états passants : rd = rz=0, courant nul dans l état bloqué. On cherche à réguler (préciser la fonction) une tension pouvant varier entre 40 et 60elon le schéma de la figure Dz z 4 1,8k Figure 3

3 1. eprésenter la courbe caractéristique ( -V) de la diode Dz, préciser les schémas équivalents électriques de la diode dans les différents états. V Z =-4V V S V(V) V S V Z Figure 4 2. Lorsque = 40V, on mesure 3 = 20m (courant dans 3). Calculer 3. = 40V < Vz ; la diode est bloquée ; le schéma équivalent à cet état est représenté figure. 3 3 Dz 4 1,8k Figure ) On peut écrire : V e = ( ; on déduit : 3 = 200Ω. 3. partir de quelle valeur de, la tension de sortie est-elle régulée? La régulation débute lorsque V S = 4V mesurée aux bornes de VS 4 ; alors 4 = = 2m.La diode est au seuil de déblocage et 4 Z = 0 ; donc : V e = + ) =0V ( Calculer z, le courant dans Dz, lorsque = 60V. Lorsque = 60V, la diode conduit (en inverse) et impose V S = 4V et donc 4 =2m ; la d.d.p. aux bornes de 3 est : 3 = -V S 1V. 1 Le courant dans 3 vaut : 3 = = 7m Le courant dans la diode est : Z - S =0m.

4 . Tracer le graphe de transfert = f(). V S (V) Figure (V) 4 Tant que la diode est bloquée [< 0V] VS = = 0, 9V e Pour =40V alors V S = 36V Quand la diode est passante [> 0V] alors V S = 4V. Diode électroluminescente (LED) Une diode électroluminescente (DEL) D L est commandée par une porte logique U 1 (porte NND en technologie TTL). Elle doit s éclairer lorsque la sortie de U 1 est à l état bas. L ensemble est alimenté sous une tension continue de V. La diode est caractérisée par Eg = 1,9eV, = 1,4V, r d =10Ω, moy = 20m. 1. Dessiner le schéma du circuit. V P V a b s

5 Table de vérité : a b a.b /(a.b) DEL éteinte allumée 2. Calculer la valeur de la résistance de protection p. On a = 1,4V, r d =10Ω, moy = 20m, V CC = V Vcc p d Figure 7 La d..d.p. aux bornes de la diode est :V = V S + D. moy = 1,6V VCC V On déduit : p = = 170Ω moy 3. Quelle est la longueur d onde et la couleur de la radiation émise? On donne: h = 6, J.s ( constante de Planck ); c = m.s -1 ( célérité de la lumière );1eV = 1, J. L énergie restituée sous forme radiative (émission d un photon)lors de la recombinaison d une paire électron-trouest : hc hc 1 1,24 E g = hν = (J) d où : λ ( μm) λ =. Eg 1,6.10 = 19 Eg ( ev ) La longueur d onde des photons émis est λ = 0,64µm = 64nm Cela correspond à une raie rouge.

6 Circuits limiteurs 1 La source d entrée est sinusoïdale d expression v ( t) V sinωt e =, la source de tension continue vaut E=V. Déterminer l état de la diode dans le circuit de la figure 8, et tracer les graphes de v s = f(v e ) puis v s = g(t) quand : V M = 7V puis V M = 3V. M D Figure 8 E Quand la diode est bloquée, aucun courant ne circule dans et V S = E = V. Or V e = V. La condition de blocage est : V > V, soit V e > E. utrement la diode est passante, pour < E, et VS =. (V) Graphe de transfert 7-7 t 7 (V) Figure 9 V M = 7V et E = V ; V M > E le graphe de transfert est représenté sur la partie droite de la figure 9. Le graphe de V S (t) est une sinusoïde tronquée en V = E V M = 3 V et E = V ; V M est toujours inférieur à E ; le graphe de transfert est la portion de la première bissectrice comprise entre 3V et +3V ; est une sinusoïde pure. 2 La source d entrée est sinusoïdale d expression v ( t) V sinωt e =, les sources de tension valent :E 1 = V et E 2 = 3V. Déterminer l état des diodes dans le circuit de la 10, et tracer les graphes de v s = f(v e ) puis v s = g(t) quand : V M = 7V. M Figure 10 D1 E1 D2 E2

7 D 2 est bloquée si V 2 V 2 <0 or V 2 = -E 2 donc si V 2 > -E 2 D 1 est bloquée si V 1 V 1 <0 or V 1 = E 1 donc si V 1 < E 1 Les deux diodes sont bloquées, alors V S = = V 1 = V 2 Donc si E 2 < < E 1 Si > E 1 > -E 2, D 1 est passante et V S = E 1, D 2 est bloquée Si < -E 2 < E 1, D 2 est passante et V S = -E 2, D 1 est bloquée. Voire figure 11 (V) Graphe de transfert t (V) Figure 11-7 CCUT EDESSEU La source d entrée est sinusoïdale d expression v ( t) V sinωt e =. Les diodes sont idéales (d = 0Ω et = 0V). Déterminer la forme de la d.d.p. V et les états des diodes durant chaque phase. M D4 1 D1 Vr D3 D2 Figure 12 2 Lorsque V 1 > V 2 (alternance positive du signal d entrée), D 1 et D 3 sont passantes, D 2 et D 4 sont bloquées ; le courant circule dans la résistance de charge de vers B (figure 13) Lorsque V 2 < V 1 (alternance négative du signal d entrée), D 2 et D 4 sont passantes, D 1 et D 3 sont bloquées ; le courant circule dans la résistance de charge de vers B (figure 14) La tension Vr est donc redressée double alternance (figure 1).

8 1 1 D4 D1 D4 D1 Vr Vr D3 D2 D3 D2 Figure 13 Figure 14 2 B 2 B VM Figure 1 t NB : Etudier le cours sur les diodes pages 27 à 3 «Electronique nalogique S. DUSUSY», et/ou pages 31 à 46 «Electronique M. GNDE».