FICHE MATIERE. Unité d enseignement : Electronique 1

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1 FCHE MATERE Unté d enegnement : Electronque 1 ECUE n 1 : Electronque Générale Chaptre 1 La ode à Joncton Nombre d heure/chaptre : 4h Cour ntégré Sytème d évaluaton : Contnu OBJECTFS E L ENSEGNEMENT : - Connaître le compoant élémentare de l électronque et leur applcaton dan le foncton de bae CONTENU THEORQUE : an e chaptre on ntéree à la bae de fabrcaton et de fonctonnement d une dode à joncton tout en caractérant a répone pour dfférent méthode de polaraton. e plu en détermne e caractértque électrque de pont de vu courant tenon ou ben dynamque de pont de vu rétance nterne. En fn en détalle e chéma équvalent tout en mprouvant tout ça avec de applcaton explcatf. CHELB Haen 6

2 Chaptre 1 La ode à Joncton 1. ntroducton : Une dode et un dpôle paf non lnéare, polaré dont le fonctonnement macrocopque et amlable à celu d un nterrupteur commandé qu ne lae paer le courant que dan un eul en. anode cathode anode cathode AK AK Fgure La joncton PN : Une joncton et la lmte de éparaton entre un emconducteur de type N et un emconducteur de type P Joncton PN non polarée : Au vonage de la joncton, le électron lbre (porteur majortare) de la zone N franchent la joncton et dffuent ver le trou (porteur majortare) de la zone P laant en place de on fxe (potf côté N, négatf côté P). Cette dffuon de électron et de trou donne naance à un courant de majortare M appelé courant de dffuon. Ce phénomène va arrêter quand un champ électrque E d, crée par le on fxe era uffant pour oppoer au mouvement de porteur majortare. l apparaît, alor, entre le emconducteur de type N et de type P, une dfférence de potentel, appelée barrère de potentel. CHELB Haen 7

3 Celle-c mantent le porteur majortare dan leur zone repectve, auf pour ceux qu poèdent une énerge W e néceare pour franchr la barrère. Le courant dû à ce porteur et de la forme : M e exp ( ) on fxe Electron Mnortare Trou mnortare Electron majortare Ed.... Trou majortare N Zone de tranton P Fgure -2 Equlbre au nveau de la joncton e : la charge de l électron C K : contante de Boltzmann J/K T : température abolue, en K : barrère de potentel Par contre, cette barrère de potentel va favorer le paage de porteur mnortare (le électron côte P, le trou côté N) conduant à un courant trè fable, appelé courant de aturaton. Ce courant ne dépend que du nombre de porteur mnortare e trouvant au vonage de la joncton et ndépendant de. CHELB Haen 8

4 Le deux courant antagonte (dffuon de majortare et conducton de mnortare) équlbrent et leur omme et nulle en régme permanent et en abence de champ électrque extéreur. Et le courant de aturaton écrt alor : - M exp ( 2.4. Polaraton drecte : Suppoon que le potentel du emconducteur de type N retant contant, on relève, à l ade d une ource d énerge externe, le potentel du emconducteur de type P, la barrère de potentel pae, alor, de à -. e ) Le courant dû aux porteur majortare devent : e( ) e e exp( ) exp( ) exp( ) e exp( ) En tenant compte du courant nvere (courant de mnortare) l crcule dan la dode (de P ver N) un courant appelé courant drect : e [exp( ) -1] e exp( ) M J m A K P N Fgure -3 CHELB Haen 9

5 2.5. Polaraton nvere : S on branche le générateur dan le en nvere du ca précédant, on renforce le champ électrque nterne, et on empêche le paage de porteur majortare : le électron lbre ont repoué dan la zone N et le trou dan la zone P ; on aure la éparaton de charge (zone de dépléton ou de tranton). La barrère de potentel établt à. l crcule dan la dode (de N ver P) un courant appelé courant nvere qu et dû aux porteur mnortare. e [1- exp(- )] J A K P N Fgure Effet de la température : Pour potf, la dode à un coeffcent de température négatf égal à -2m/K. Pour négatf, le courant de aturaton vare trè rapdement avec la température. L et plu mportant pour le germanum que pour le lcum, et croît plu vte, ce qu devent rapdement gênant. an le lcum, ce courant double tou le 6 C. CHELB Haen 1

6 3. Caractértque électrque : 3.1. Caractértque courant / tenon : On a vu précédemment que le courant état néglgeable pour une tenon P - N négatve (cec et vra juqu à une tenon C dte tenon de claquage). Au-deu d un certan eul, le courant drect crot trè rapdement avec. Le eul (barrère de potentel) dépend du emconducteur ntrnèque de bae utlé. l et d envron.2 pour le germanum et.6 pour le lcum. La caractértque et repréentée à la fgure -5. Caractértque drecte ( > ) [exp( )] avec M T T e pour t 27 C, T 3 K, e x 3 ot, T 26 m Caractértque nvere ( < ). Phénomène de claquage : - S Quand la tenon applquée dépae la valeur pécfée par le fabrcant, le courant décroît trè rapdement. S l n et pa lmté par de élément externe, l y a detructon rapde de la dode. Fgure Rétance dfférentelle (ou dynamque) : La rétance dynamque étant l nvere de la pente en un pont de fonctonnement de la caractértque. C et la rétance dynamque au pont de fonctonnement ( d, d ). Elle et foncton du courant de polaraton d au pont étudé. CHELB Haen 11

7 La fgure -6 donne la valeur de r d en foncton de la tenon de la dode : le varaton ont trè mportante : Fgure -6 On peut la dédure par dérvaton de la relaton uvante : e [exp ( 1 d e e dv 1 e )-1] ; exp ( ). onc r exp (- ) r dv d e 4 Schéma équvalent : Plueur chéma équvalent mplfé ont propoé pour la repréentaton de la dode ode déale : an ce ca, on néglge la tenon de eul et la rétance nterne de la dode. La caractértque et alor celle de la fgure -7. anode cathode v > v < Fgure -7 CHELB Haen 12

8 4.2. ode avec eul : On peut contnuer à néglger la rétance nterne, ma tenr compte du eul de la dode. La caractértque devent : Fgure -8 Ce chéma et le plu utlé pour le calcul : * S la dode et polarée en drecte : v * S la dode et polarée en nvere (v < ) : ode avec eul et rétance : c, on prend en compte de la rétance de la dode. Cec peut être utle on utle la dode en pett gnaux alternatf et qu on a beon de a rétance dynamque. Fgure -9 Remarque : an ce ca, on condère que la rétance dynamque et contante. Ce qu n et vra que la varaton du gnal alternatf et trè pette autour du pont de polaraton en contnu. CHELB Haen 13

9 5. Pont de fonctonnement : Condéron le crcut de la fgure -1. La caractértque f() d une dode réelle étant non lnéare, le pont de fonctonnement peut être détermné graphquement. En traçant ur un même graphque la drote de charge tatque défnt par l équaton : E R Le pont de fonctonnement de la dode, défnt par ( M, M ) et l nterecton de deux courbe (fgure -11) Fgure -1 Fgure -11 S la caractértque de la dode et lnéare, le pont de fonctonnement peut être détermné analytquement. Le coordonnée du pont de fonctonnement ( M, M ) eront détermnée, dan ce ca, comme ut : une part on a M r M (caractértque de la dode) et d autre part M E - R M (lo de malle), d où : M E R r et M E.r R R r 6. Applcaton : Sot le crcut à dode uvant : Fgure -12. Avec A, e 1.6*1 23 C, K 1.38*1 K et T 179C CHELB Haen 14

10 Fgure -12 On veut mpoer un courant 1 ma à partr d une ource U 2. 1/En utlant le modèle exponentel de la dode, calculez a) la chute de tenon aux borne de la dode b) la rétance R néceare pour mpoer le courant c) la rétance dynamque de la dode au pont de fonctonnement 2/ En utlant le modèle mplfé de la dode (U U j.7 ), calculez le courant en prenant la même rétance que celle trouvée précédemment. Corrgé : eu eu 1/ a) e l'équaton de la dode (exp( ) 1) exp( ) on obtent U Ln( ) d où U.72 e b) Comme U U - R, on obtent pour R : U R U U Ln( ) e R 1.28 kω c) Rétance dynamque : r d ; r d 39 Ω e CHELB Haen 15

11 1.2 Avec le modèle mplfé de la dode, U d.7 > 1.16 ma. ot une dfférence de 1.6% au réultat donné par le modèle exponentel. CHELB Haen 16

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