LES DIODES. I La diode à jonction. I.1 Constitution. Elle est réalisée par une jonction PN. Symbole : Composant physique : Polytech'Nice Sophia 1

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1 I La diode à jonction I.1 Constitution Elle est réalisée par une jonction PN. Symbole : Composant physique : Polytech'Nice Sophia 1

2 I.2 Caractéristique d'une diode Définition : c'est le graphique qui donne l'intensité du courant qui traverse la diode en fonction de la tension à ses bornes. Mesure : caractéristique directe caractéristique inverse I = I d + I v il faut I v << I d montage aval V mes = V + V a il faut V a << V montage amont Polytech'Nice Sophia 2

3 La diode est un composant non linéaire. Zone 0A : la diode est polarisée dans le sens directe, mais la tension est trop faible pour débloquer la jonction : zone de blocage directe. Zone AB : la tension V commence à débloquer la diode, c'est la zone du coude. Zone BC : la diode est passante, c'est une zone linéaire. Zone OE : la diode est polarisée en inverse, c'est la zone de blocage inverse. Zone EF :l'intensité croit brusquement, c'est la zone de claquage. i v résistance dynamique : r d = dv di Polytech'Nice Sophia 3

4 I.3 Etude d'un circuit simple On veut déterminer V et I. D'après la loi des mailles : E = R.I + V Connaissant E et R, il faut une deuxième relation pour déterminer V et I : la caractéristique de la diode. 2 inconnues 2 équations résolution analytique Il faut établir l'équation de la caractéristique de la diode. solution graphique Il faut représenter sur le même graphe : caractéristique de la diode, la droite représentant l'équation I = (E V) / R. Pour I = 0, V = E. Pour V = 0, I = E / R. Le point de fonctionnement s'établit à l'intersection des deux courbes : I 0, V 0. Polytech'Nice Sophia 4

5 I.4 Modèles Pour permettre une résolution analytique, il faut établir un modèle électrique. Polytech'Nice Sophia 5

6 I.4 Modèles La caractéristique d'une diode peut être modélisée par deux segments de droites : dans le sens passant (polarisation directe) et dans la zone linéaire, la diode se comporte comme un générateur de Thévenin «pris à contre sens», Vd : tension de seuil (Si : 0, 6 V), rd : résistance interne de la diode (R dynamique : qq m à 1 K ) dans le sens de polarisation inverse, la diode se comporte comme une résistance très élevée (à condition que V ne dépasse pas la tension de claquage). Polytech'Nice Sophia 6

7 Exemple : Pour le circuit précédent : E =±5V, R=100, V d =0,7V, r d =1. Lorsque E = + 5 V, la diode est polarisée dans le sens direct. On peut donc la remplacer par un générateur de Thévenin. i= E V d R r d = 5 0, =42,6mA ; V =V d r d i=0,74v Pour E = 5 V, la diode est polarisée en inverse. On la remplace par une résistance de 100 M. i= E R r I = 5 8= 50nA ; V 5V Polytech'Nice Sophia 7

8 Modèles simplifiés : résistance dynamique nulle diode idéale passante <=> court circuit bloquée <=> circuit ouvert Polytech'Nice Sophia 8

9 II Applications II.1 Redressement LES DIODES But : obtenir une tension continue à partir d'une ou plusieurs tensions alternatives. V~ V= Polytech'Nice Sophia 9

10 II.1.1 Redressement mono alternance Transformateur permettant d'abaisser la tension V = V M sin.t Pour 0 <.t < V > 0 V A > V K polarisation directe D conduit si V > 0,6 V U R = V V D = V 0,6 et i R = U R / R Pour <.t < 2 V < 0 V A < V K polarisation inverse D est bloquée i R = 0 U R = 0 et V D = V Polytech'Nice Sophia 10

11 II.1.1 Redressement mono alternance Transformateur permettant d'abaisser la tension V = V M sin.t Pour 0 <.t < V > 0 V A > V K polarisation directe D conduit si V > 0,6 V U R = V V D = V 0,6 et i R = U R / R Pour <.t < 2 V < 0 V A < V K polarisation inverse D est bloquée i R = 0 U R = 0 et V D = V Polytech'Nice Sophia 11

12 valeurs moyennes T U R = 1 T U R t dt= 1 T 0 t1 t 2 V M sin t 0,6 dt T /2 U R 1 T 0 V M sin t dt= V M I R = U R R = V M 1 R =I D U= 1 T T 0 U R 2 t dt valeur efficace tension inverse maximale aux bornes de D V DRM = V M Polytech'Nice Sophia 12

13 II.1.2 Redressement double alternance V 1 = + V M sin.t V 2 = V M sint.t Pour 0 <.t < V 1 > 0, V 2 < 0 V A1 > V M > V A2 V A1 > V K1 D 1 polarisation directe V A2 < V K2 D 2 polarisation inverse si V 1 > 0,6 V, D 1 conduit U R = V 1 V D1 = V 1 0,6 et V 1 V D1 + V D2 V 2 = 0 i R = U R / R V D2 = V 2 V 1 + V D1 V 2 V 1 à.t = V D2 = 2V M Polytech'Nice Sophia 13

14 II.1.2 Redressement double alternance V 1 = + V M sin.t V 2 = V M sin.t Pour <.t < 2 V 1 < 0, V 2 > 0 V A1 < V M < V A2 V A1 < V K1 D 1 polarisation inverse V A2 > V K2 D 2 polarisation directe si V 2 > 0,6 V, D 2 conduit U R = V 2 V D2 = V 2 0,6 et i R = U R / R V 1 V D1 + V D2 V 2 = 0 V D1 = V 1 V 2 + V D2 V 1 V 2 Polytech'Nice Sophia 14

15 valeurs moyennes U R = 1 t T /2 2 t 1 U R t dt = 2 T = 2 T /2 U R 2 T 0 V M sin t dt=2 V M I R = U R R = V M 2 R I D = V M 1 R tension inverse maximale aux bornes de D V DRM = 2V M Polytech'Nice Sophia 15

16 II.1.3 Redressement à pont de Graetz Polytech'Nice Sophia 16

17 II.1.3 Redressement à pont de Graetz Pour <.t < V = V M sin.t V > 0 V A1 > V A2 ou V K3 > V K4 V A1 V K1 =V K2 V A2 D 1 pol. directe V K3 V A3 D 3 pol.inverse D 2 pol.inverse =V A4 V K4 D 4 pol. directe si V > 2 V seuil, D 1 et D 4 sont passantes U R = V V D1 V D4 = V 1,2 et i R = U R / R V D2 = V D1 V V et V D3 = V D4 V V Polytech'Nice Sophia 17

18 II.1.3 Redressement à pont de Graetz Pour <.t < 2 V < 0 D 2 et D 3 polarisation directe D 1 et D 4 polarisation inverse valeurs moyennes U R =2 V M V = V M sin.t tension inverse maximale aux bornes de D V DRM = V M Polytech'Nice Sophia 18

19 II.1.4 Débit sur fcém V = V M sint.t Pour <.t < D'après le montage précédent, D 2 et D 3 sont polarisées en inverse, seuls D 1 et D 4 peuvent conduire. V = V D1 + R.i + E + V D4 d'où : i= V E V V D1 D4 D 1 et D 4 conduisent i > 0 R V > E + V D1 + V D4 V > E + 1,2 et U = V 1,2 si V < E + 1,2 => D 1 et D 4 ne conduisent pas, donc i = 0 et U = E Polytech'Nice Sophia 19

20 II.1.5 Taux d'ondulation Définition : = V V Redressement simple alternance : V =V M, V= V M = V V = V M V M = Polytech'Nice Sophia 20

21 Redressement double alternance : V =V M, V=2 V M courant continu : = V V = V M 2 V M = 2 V =0 =0 Polytech'Nice Sophia 21

22 II.2 Filtrage But : obtenir une tension continue à partir d'une tension redressée. II.2.1 Filtrage capacitif rappel : i C =C du C U C dt i C > 0 U C, C se charge i C < 0 U C, C se décharge i C Le dispositif le plus simple consiste à brancher un condensateur en parallèle avec la charge. si R v=v M sin t Polytech'Nice Sophia 22

23 Dans la pratique R Dès que la diode se bloque, le condensateur se décharge dans la résistance. V V M, V 2 V M = V V Redressement double alternance Polytech'Nice Sophia 23

24 II.2.2 Filtrage inductif rappel : U L =L di dt Polytech'Nice Sophia 24

25 III Diodes stabilisatrices de tension diodes zéner III.1 Caractéristiques LES DIODES On utilise la zone de claquage inverse de la jonction PN. Les diodes zéner sont caractérisées par leur tension de claquage et par la puissance maximale qu'elles peuvent dissiper. Polytech'Nice Sophia 25

26 III.2 Modèle Dans la pratique, on constate que V z varie légèrement avec i z. Dans la zone de polarisation inverse : V Z =V Zo r Z i Z r z = dv z di z Polytech'Nice Sophia 26

27 III.3 Applications source de tension constante V Z : tension constante < E R p : résistance de polarisation de la diode Il faut choisir R P tel que I Zmin < I < Iz max alimentation stabilisée Polytech'Nice Sophia 27

28 VI Diodes électroluminescentes Les électrons libres traversant la jonction se recombinent avec des trous. Lors de cette recombinaison, ils perdent de l'énergie. Dans les autres diodes cette énergie est dissipée en chaleur, mais dans les diodes électroluminescentes (DEL, LED) elle est transformée en radiation lumineuse. Symbole : LES DIODES Suivant les éléments de dopage (gallium, arsenic, phosphore,...), les diodes émettent du rouge, du vert, du jaune, de l'orange, du bleu ou de l'infrarouge (invisible). Polytech'Nice Sophia 28

29 caractéristiques la tension de seuil dépend de la couleur la luminosité est proportionnelle au courant la tension inverse de claquage est faible Polytech'Nice Sophia 29