Pascal MASSON. Edition

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1 Ediion École Polyechnique Universiaire de Nice Sophia-Anipolis Cycle Iniial Polyechnique 1645 roue des Lucioles, 641 BIOT

2 Sommaire I. Hisorique II. III. IV. La diode PN : caracérisique La diode PN : applicaions La diode PN : physique V. La diode Zener VI. VII. Effe phooélecrique : absorpion Effe phooélecrique : émission

3 I. Hisorique I.1. Définiion La diode es un élémen qui ne laisse passer le couran que dans un sens La diode à semi-conduceur présene aussi des propriéés phooélecriques LED Solaire Phoosensible Laser OLED

4 I. Hisorique I.2. Hisoire de la diode à semi-conduceur 1874 : effe découver sur de la galène par Ferdinand BRAUN (24 ans). 191 : dépô d un breve par Jagadis Chandra BOSE pour l uilisaion de la galène avec conac méallique comme déeceur d ondes élecromagnéiques : découvere de la diode PN par Russell OHL. Remarque : le ransisor bipolaire a éé découver en 1948 par William SHOCKLEY. 1956

5 I. Hisorique I.3. Hisoire de la diode à ube 1879 : invenion de la lampe par homas EDISON : découver de l effe hermoïonique par Frederick GUTHRIE. Ce effe es redécouver par Thomas EDISON en 188 (puis breveé en 1883) : John Ambrose FLEMING brevee la diode à vide

6 I.3. Hisoire de la diode à ube Foncionnemen I. Hisorique vide filamen

7 I.3. Hisoire de la diode à ube Foncionnemen I. Hisorique vide filamen

8 I.3. Hisoire de la diode à ube Foncionnemen I. Hisorique vide filamen

9 I.3. Hisoire de la diode à ube Foncionnemen I. Hisorique vide filamen

10 I.3. Hisoire de la diode à ube Foncionnemen I. Hisorique I vide filamen I

11 I.3. Hisoire de la diode à ube Foncionnemen I. Hisorique I = vide filamen I =

12 II. La diode PN : caracérisique II.1. Définiion de la joncion PN Une joncion P-N es créée en juxaposan un semi-conduceur dopé N (les élecrons son majoriaires) avec un semi-conduceur dopé P (les rous son majoriaires). II.2. Représenaion anode anneau de repérage P N cahode

13 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale Dans le cas idéal la diode de ne laisse pas passer de couran pour < V sinon elle en laisse passer sans limiaion. Cela revien à un inerrupeur qui es ouver ou fermé anode (ma) P N (V) inverse direce cahode Si < alors la diode es polarisée en inverse sinon elle es polarisée en direce. Quand =, on di que la diode es bloquée sinon elle es passane

14 II.3. Caracérisique idéale On alimene une résisance R = 1 avec un généraeur de ension variable E G qui peu prendre des valeurs posiives e négaives. On a une conraine sur le couran qui raverse la résisance qui doi êre uniquemen posiif. Pour réaliser cee foncion, on inercale une diode enre le généraeur e la résisance : II. La diode PN : caracérisique E G R V R La loi des mailles s écri : E G = + V R

15 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

16 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

17 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

18 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

19 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

20 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

21 II. La diode PN : caracérisique II.3. Caracérisique idéale E G a l allure d une rampe de ension E G (V) 1 bloquée passane 1 (V) E G R V R 1 Loi des mailles : E G = + V R 1 (ma) 1

22 II.4. Caracérisique réelle II. La diode PN : caracérisique Modificaion de la caracérisique idéale bloquée passane (ma) inverse direce (V)

23 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Modificaion de la caracérisique idéale Exisence d une ension de seuil, V S, don la valeur dépend du semiconduceur uilisé e de ses dopages. bloquée passane (ma) inverse V S direce (V)

24 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Modificaion de la caracérisique idéale Exisence d une ension de seuil, V S, don la valeur dépend du semiconduceur uilisé e de ses dopages. Exisence d une résisance inerne à la diode, R S (en série avec la diode idéale). bloquée passane (ma) inverse V S direce (V)

25 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Modificaion de la caracérisique idéale Exisence d une ension de seuil, V S, don la valeur dépend du semiconduceur uilisé e de ses dopages. Exisence d une résisance inerne à la diode, R S (en série avec la diode idéale). Exisence d un phénomène d avalanche en inverse qui condui bloquée passane à la desrucion de la diode. (ma) inverse V S direce (V)

26 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Modificaion de la caracérisique idéale Exisence d une ension de seuil, V S, don la valeur dépend du semiconduceur uilisé e de ses dopages. Exisence d une résisance inerne à la diode, R S (en série avec la diode idéale). Exisence d un phénomène d avalanche en inverse qui condui bloquée passane à la desrucion de la diode. (ma) inverse V S direce (V)

27 II.4. Caracérisique réelle II. La diode PN : caracérisique Exemple le la diode 1N44 qui sera éudiée en TP R S = 3,7 V S =,64 V

28 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Impac sur l exemple précéden (ma) 1 (V) (V) inverse direce 1 E G R V R 1 (ma) 1 E G = + V R

29 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Impac sur l exemple précéden Tension de seuil. (V) 1 (ma) 1 1 V S 1 (V) inverse direce 1 E G R V R V S 1 (ma) 1 E G = + V R

30 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Impac sur l exemple précéden Tension de seuil. (V) 1 (ma) 1 1 V S 1 (V) inverse direce 1 bloquée E G R V R V S 1 passane (ma) 1 E G = + V R

31 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Impac sur l exemple précéden Tension de seuil. Résisance série, R S. (V) 1 (ma) 1 1 V S 1 (V) inverse direce 1 bloquée E G R V R V S 1 passane (ma) 1 E G = + V R

32 II. La diode PN : caracérisique II.4. Caracérisique réelle Expression du couran L expression du couran ne fai inervenir que deux paramères : 1 ID RS ID VD VS si si VD VS VD VS inverse V S direce V S (V) : ension de seuil de la diode R S ( ) : résisance série de la diode Déerminaion de la résisance série RS dvd did VD ID V S

33 II.4. Caracérisique réelle II. La diode PN : caracérisique Modèle équivalen de la diode I V V D 1 RS D S = R S VD VS RS. ID V S passane bloquée inverse V S direce

34 II. La diode PN : caracérisique II.5. Poin de polarisaion Equaions du circui 1) EG VD VR VD R. ID 2) VD VS RS. ID Résoluion des 2 équaions E G R V R 1 & 2) EG VS RS.ID R. ID poin de polarisaion EG V I S D R VD VS RS.ID EG R. ID Résoluion graphique E G R Droie de charge : 1) => ID EG VD R Le poin de polarisaion correspond à l inersecion enre les 2 droies V S E G

35 III. La diode PN : applicaion III.1. La logique à diode Les circuis logiques consiuen plus de 99 % des circuis inégrés que nous uilisons au quoidien. Bien qu ils soien réalisés à parir de ransisors MOS (Méal Oxyde Semi-conduceur), on peu uiliser des diodes pour obenir les foncions de base.

36 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore non-inverseuse Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi une enrée «A» e une sorie «S» «A» peu prendre 2 valeurs : V ( binaire) e 5 V (1 binaire) On considère que la diode es semi-idéale avec V S =.5 V D A S masse V S D S = A S = A D A S A S A R S binaire ension (V)

37 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore non-inverseuse Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi une enrée «A» e une sorie «S» «A» peu prendre 2 valeurs : V ( binaire) e 5 V (1 binaire) On considère que la diode es semi-idéale avec V S =.5 V D A S masse V S D S = A S = A D A S A S A R S binaire ension (V)

38 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore non-inverseuse Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi une enrée «A» e une sorie «S» «A» peu prendre 2 valeurs : V ( binaire) e 5 V (1 binaire) On considère que la diode es semi-idéale avec V S =.5 V D A S masse V S D S = A S = A D bloquée A S A S A R S binaire ension (V)

39 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore non-inverseuse Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi une enrée «A» e une sorie «S» «A» peu prendre 2 valeurs : V ( binaire) e 5 V (1 binaire) On considère que la diode es semi-idéale avec V S =.5 V D A S masse V S D S = A S = A D bloquée A S A S A R S 1 5 binaire ension (V)

40 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore non-inverseuse Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi une enrée «A» e une sorie «S» «A» peu prendre 2 valeurs : V ( binaire) e 5 V (1 binaire) On considère que la diode es semi-idéale avec V S =.5 V D A S masse V S D S = A S = A D bloquée A S A S A R S passane binaire ension (V)

41 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore non-inverseuse Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi une enrée «A» e une sorie «S» «A» peu prendre 2 valeurs : V ( binaire) e 5 V (1 binaire) On considère que la diode es semi-idéale avec V S =.5 V D A S masse V S D S = A A D R S 5 1 A S ension (V)

42 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A D 1 A B S B D 2 R S

43 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A B D 1 D 2 A B S R S

44 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A D 1 D 1 bloquée D 2 bloquée A B S B D 2 R S

45 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A B D 1 D 2 A B S D 1 bloquée D 2 bloquée 1 R S

46 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A B D 1 D 2 A B S D 1 bloquée D 2 bloquée D 1 bloquée D 2 passane 1 1 R S

47 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A B D 1 D 2 A B S D 1 bloquée D 2 bloquée D 1 bloquée D 2 passane 1 1 R S 1

48 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A D 1 A B S D 1 bloquée D 2 bloquée B D 2 D 1 bloquée D 2 passane 1 1 R S D 1 passane D 2 bloquée 1 1

49 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A D 1 A B S D 1 bloquée D 2 bloquée B D 2 D 1 bloquée D 2 passane 1 1 R S D 1 passane D 2 bloquée

50 III.1. La logique à diode III. La diode PN : applicaion Exemple : la pore OU Le circui logique es alimené enre V e D = 5 V. Le circui possède aussi 2 enrées «A, B» e une sorie «S» son semi-idéale avec V S =.5 V D A B S masse D S = A + B V S A D 1 A B S D 1 bloquée D 2 bloquée B D 2 D 1 bloquée D 2 passane 1 1 R S D 1 passane D 2 bloquée D 1 passane D 2 passane

51 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Les cares à puces, éiquees élecroniques, des leceurs MP3, éléphones porables, appareils phoos e d une manière générale les circuis inégrés monés sur des suppors porables embarquen des mémoires EEPROM e Flash. Ces mémoires permeen de socker des données (code, phoos, mos de passe ) de façon permanene. La programmaion nécessie des Flash pompe ensions ypiquemen de l'ordre de 15 à 2 V alors que la ension d'alimenaion d'un circui inégré n'es que de l'ordre de 3 à 5 V. Il fau donc inégrer des survoleurs qui dans ce cas seron des pompes de charges. EEPROM

52 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D D D C 1 D 1 V R (V) D 2 2 D E G V A C 2 V R D

53 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D D D C 1 D 1 V R (V) D 2 2 D V A C 2 V R D

54 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D D D C 1 2 D V R (V) V A C 2 V R D

55 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D D D C 1 2 D V R (V) V A C 2 V R D

56 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D D D C 1 2 D V R (V) D V A D C 2 V R D

57 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D 1,5 D D C 1 D 1 V R (V) D 2 2 D 1,5 D D V A C 2 V R D

58 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D 1,5 D D C 1 D 1 V R (V) D 2 2 D 1,5 D D V A C 2 V R D

59 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D 1,5 D D C 1 V R (V) 2 D 1,5 D D V A C 2 V R D

60 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D 1,5 D D C 1 V R (V) 2 D 1,5 D D V A C 2 V R

61 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D 1,5 D D D C 1 D 1 V R (V) D 2 2 D 1,5 D E G V A C 2 V R

62 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées D E G (V) V A (V) 2 D 1,75 D D D C 1 D 1 V R (V) D 2 2 D 1,75 D E G V A C 2 V R

63 III. La diode PN : applicaion III.2. Pompe de charges Le doubleur de ension On suppose : V S = e C 1 = C 2 Ea iniial : C 1 e C 2 déchargées La ension V R end vers D D E G (V) V A (V) 2 D D C 1 D 1 D 2 2 D V R (V) E G V A C 2 V R

64 ransformaeur III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Transformaion d une ension alernaive en provenance d EDF (par exemple) en ension coninue. EDF 23 V E G quadripôle V R sysème élé, HiFi, PC, porable E G (V) V Q (V) V R (V)

65 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance E G (V) Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. V S (V) sysème V S V R (V) E G V R R L

66 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance E G (V) Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. V S (V) sysème V S V R (V) E G V R R L

67 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance E G (V) Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. V S (V) sysème V S V R (V) E G V R R L

68 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance E G (V) Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. La diode ne laisse passer que l alernance posiive du signal E G. V S (V) sysème V S V R (V) E G V R R L

69 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance E G (V) Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. La diode ne laisse passer que l alernance posiive du signal E G. V S (V) sysème V S V R (V) E G V R R L

70 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) > V S sysème E G C V R R L

71 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) > I R I C sysème E G C V R R L

72 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) > V S I R I C sysème E G C V R R L

73 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) <>? sysème E G C V R R L

74 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) < V S = sysème E G C V R R L

75 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) < V S = sysème I R I C E G C V R R L

76 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. < V R (V) = C.R L = sysème I R I C E G C V R R L

77 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) < V S = sysème I R I C E G C V R R L

78 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) <>?? sysème E G C V R R L

79 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. V R (V) > V S I R I C sysème E G C V R R L

80 III. La diode PN : applicaion III.3. Redressemen mono alernance Récupéraion de l alernance posiive R L représene la résisance d enrée du sysème que l on alimene. Transformaion en ension coninue Ajou d une capacié en parallèle avec l enrée du sysème. ondulaion V R (V) sysème E G C V R R L

81 ransformaeur III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Un récupère l alernance négaive e donc son énergie. EDF E G quadripôle V R sysème 23 V élé, HiFi, PC, porable E G (V) V Q (V) V R (V)

82 ransformaeur III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Un récupère l alernance négaive e donc son énergie. EDF E G quadripôle V R sysème 23 V élé, HiFi, PC, porable E G (V) V Q (V) V R (V)

83 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Alernance posiive E G (V) 2 V S E G V R (V) sysème C V R R L

84 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Alernance posiive E G (V) 2 V S E G V R (V) sysème C V R R L

85 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Alernance posiive E G (V) 2 V S E G V R (V) sysème C V R R L

86 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Alernance posiive E G (V) Alernance négaive 2 V S E G V R (V) sysème C V R R L

87 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Alernance posiive E G (V) Alernance négaive 2 V S E G V R (V) sysème C V R R L

88 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Alernance posiive E G (V) Alernance négaive 2 V S E G V R (V) ondulaion sysème C V R R L

89 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Lorsque l on parle de ension de sorie (6 V, 9V, ) on parle de la valeur moyenne du signal. E G ondulaion sysème V R (V) V R moyen C V R R L

90 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Lorsque l on parle de ension de sorie (6 V, 9V, ) on parle de la valeur moyenne du signal. Si on branche d aures sysèmes E G ondulaion sysèmes V R (V) V R moyen C R L

91 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Lorsque l on parle de ension de sorie (6 V, 9V, ) on parle de la valeur moyenne du signal. Si on branche d aures sysèmes le couran pompé sur la capacié es plus imporan. Di auremen, cela revien à diminuer R L e donc à diminuer. E G ondulaion sysèmes V R (V) V R moyen C R L V R moyen

92 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Lorsque l on parle de ension de sorie (6 V, 9V, ) on parle de la valeur moyenne du signal. Si on branche d aures sysèmes le couran pompé sur la capacié es plus imporan. Di auremen, cela revien à diminuer R L e donc à diminuer. V R (V) V R (V) V R moyen V R moyen R ( )

93 III. La diode PN : applicaion III.4. Redressemen double alernance Exemples de pon de diodes 1,5 A - 8 V 1,5 A - 1 V Alimenaion rain élecrique 1 A - 8 V 5 A - 1 V 35 A - 2 V 5 A - 6 V Alimenaion à découpage

94 III.5. Récepeur radio Modulaion d ampliude III. La diode PN : applicaion Poreuse (V) informaion (V) émission (V) Une poreuse (sinusoïde à une ceraine fréquence) es modulée en ampliude par le signal informaion (morse, musique ) A poreuse F P F

95 III.5. Récepeur radio Modulaion d ampliude III. La diode PN : applicaion Poreuse (V) informaion (V) émission (V) Une poreuse (sinusoïde à une ceraine fréquence) es modulée en ampliude par le signal informaion (morse, musique ) A poreuse signal F P F

96 III.5. Récepeur radio Modulaion d ampliude III. La diode PN : applicaion Poreuse (V) informaion (V) émission (V) Une poreuse (sinusoïde à une ceraine fréquence) es modulée en ampliude par le signal informaion (morse, musique ) A poreuse signal F P F

97 III.5. Récepeur radio Modulaion d ampliude III. La diode PN : applicaion Poreuse (V) informaion (V) émission (V) Une poreuse (sinusoïde à une ceraine fréquence) es modulée en ampliude par le signal informaion (morse, musique ) A poreuse poreuse signal signal F P F P2 F

98 III.5. Récepeur radio Modulaion d ampliude (AM) III. La diode PN : applicaion Poreuse (V) informaion (V) émission (V) Une poreuse (sinusoïde à une ceraine fréquence) es modulée en ampliude par le signal informaion (morse, musique ) Démodulaion d ampliude récepion (V) Déecion (V) Filrage (V)

99 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. A F P F P2 F V e poreuse F P anenne V e erre écoueur

100 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. A F P F P2 F V e poreuse F P2 anenne V e erre écoueur

101 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. A F P F P2 F V e poreuse F P2 anenne V e erre écoueur

102 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. A F P F P2 F V e poreuse F P anenne L C V e erre écoueur

103 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. A F P F P2 F V e poreuse F P2 anenne L C V e erre écoueur

104 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. Écoueur de haue impédance (> 1 k ). A F P F P2 F V e poreuse F P2 anenne L C V e erre écoueur

105 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. Écoueur de haue impédance (> 1 k ). A F P F P2 F V e poreuse F P2 anenne L C V e erre écoueur

106 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. Écoueur de haue impédance (> 1 k ). Diode de ype Galène (diode Schoky) à faible seuil. A V e F P F P2 F poreuse F P2 anenne L C V e erre écoueur

107 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. Écoueur de haue impédance (> 1 k ). Diode de ype Galène (diode Schoky) à faible seuil. L écoueur es aussi un filre passe-bas. anenne A V e F P F P2 F poreuse F P2 L C C E V e erre écoueur

108 III. La diode PN : applicaion III.5. Récepeur radio Le pose à Galène Récepeur radio qui ne nécessie pas d alimenaion. L anenne reçoi oues les fréquences. Circui bouchon : sélecion de la poreuse. Écoueur de haue impédance (> 1 k ). Diode de ype Galène (diode Schoky) à faible seuil. L écoueur es aussi un filre passe-bas. anenne L C C E V e erre écoueur

109 EDF ransformaeur III. La diode PN : applicaion III.6. Double alimenaion Lorsque l alimenaion es présene, la LED es alimenée par le pon de diodes. E G R C 12 V 13 V

110 EDF ransformaeur III. La diode PN : applicaion III.6. Double alimenaion Lorsque l alimenaion es présene, la LED es alimenée par le pon de diodes. Si il y a une panne de seceur, c es l accumulaeur (pile) qui prend le relais. E G R C 12 V

111 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion conre une inversion de polarié Pour proéger un sysème conre les inversions de polarié, il suffi de placer une diode enre l alimenaion e le sysème. Si l alimenaion es bien raccordée, le sysème foncionne. Aenion à la chue de ension due au seuil de la diode.

112 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion conre une inversion de polarié Pour proéger un sysème conre les inversions de polarié, il suffi de placer une diode enre l alimenaion e le sysème. Si l alimenaion es bien raccordée, le sysème foncionne. Aenion à la chue de ension du au seuil de la diode. Si l alimenaion es mal raccordée, la diode bloque le couran e le sysème n es pas dérui.

113 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS.

114 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS. Inserion d une diode (de grande dimension) sur les plos d enrée/sorie des CI.

115 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS. Inserion d une diode (de grande dimension) sur les plos d enrée/sorie des CI. Pad Pad Masse N N Wafer P

116 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS. Inserion d une diode (de grande dimension) sur les plos d enrée/sorie des CI. Décharge élecrosaique duran un rès bref insan. Pad Pad Masse N N Wafer P

117 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS. Inserion d une diode (de grande dimension) sur les plos d enrée/sorie des CI. Décharge élecrosaique duran un rès bref insan. Pad Pad Masse N N Wafer P

118 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS. Inserion d une diode (de grande dimension) sur les plos d enrée/sorie des CI. Décharge élecrosaique duran un rès bref insan. Pad Pad Masse N N Wafer P

119 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de proecion Proecion de circuis inégrés Il fau prendre ceraines précauions pour manipuler des circuis inégrés (CI). L élecricié saique dérui des ransisors MOS. Inserion d une diode (de grande dimension) sur les plos d enrée/sorie des CI. Décharge élecrosaique duran un rès bref insan. Pad Pad Masse N N Wafer P

120 III.7. Diode de roue libre III. La diode PN : applicaion La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine.

121 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. D A TMOS L relais Commande d un relais

122 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. D A V TMOS L relais Commande d un relais

123 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. A = D, le TMOS es un circui fermé : D A D TMOS L relais Commande d un relais

124 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. A = D, le TMOS es un circui fermé : un couran circule dans la bobine d où basculemen du relais. La diode es bloquée. D I A D TMOS L relais Commande d un relais

125 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. A = D, le TMOS es un circui fermé : un couran circule dans la bobine d où basculemen du relais. La diode es bloquée. A = V, D I A V TMOS L relais Commande d un relais

126 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. A = D, le TMOS es un circui fermé : un couran circule dans la bobine d où basculemen du relais. La diode es bloquée. A = V, la diode devien passane pour évacuer l énergie de la bobine. D I A V I TMOS L relais Commande d un relais

127 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. A = D, le TMOS es un circui fermé : un couran circule dans la bobine d où basculemen du relais. La diode es bloquée. A = V, la diode devien passane pour évacuer l énergie de la bobine. D A V TMOS L relais Commande d un relais

128 III. La diode PN : applicaion III.7. Diode de roue libre La diode de roue libre ser à évacuer l énergie emmagasinée par une bobine. On prend ici pour exemple la commande d un relais. A = V, le TMOS es un circui ouver. A = D, le TMOS es un circui fermé : un couran circule dans la bobine d où basculemen du relais. La diode es bloquée. A = V, la diode devien passane pour évacuer l énergie de la bobine. D diode bobine L relais A V TMOS Commande d un relais Alimenaion à découpage

129 IV. La diode PN : Physique IV.1. Aome e élecrons de valence Semi-conduceurs de la colonne IV (Ge, Si) Réseau diaman Les élecrons d un aome isolé prennen des valeurs d énergie discrèes Pour chaque niveau : nombre limié d élecrons (2n 2 ) les niveaux les plus proches du noyau son occupés Pour le silicium : Numéro aomique Z = 14 2 élecrons sur la première couche (n = 1) 8 sur la seconde (n = 2) 4 sur la dernière (nombre de places = 18) (n = 3)

130 IV.2. Mécanismes de conducion Couran d élecrons e de rous IV. La diode PN : Physique Élecron libre Liaison brisée Trou libre

131 IV. La diode PN : Physique IV.3. Dopage Semi-conduceurs de ype N Aomes (ou impureés) de ype donneur (d élecrons) en faible quanié Conducion par élecrons pluô que par rous Crisal de la colonne IV aomes la colonne V (phosphore) Un faible appor d énergie (,4 ev), par exemple dû à une empéraure différene de K, peu libérer le cinquième élecron de l aome de phosphore Si Si Si Si Silicium Si P Si P Phosphore Si Si Si

132 IV. La diode PN : Physique IV.3. Dopage Semi-conduceurs de ype N Aomes (ou impureés) de ype donneur (d élecrons) en faible quanié Conducion par élecrons pluô que par rous Crisal de la colonne IV aomes la colonne V (phosphore) Un faible appor d énergie (,4 ev), par exemple dû à une empéraure différene de K, peu libérer le cinquième élecron de l aome de phosphore élecron libre Si Si Si Si Si Si Si Silicium Si P Si Si P + Si P Phosphore Si Si Si Si Si Si charge fixe

133 IV. La diode PN : Physique IV.3. Dopage Semi-conduceurs de ype P Aomes (ou impureés) de ype accepeur (d élecrons) en faible quanié Conducion par rous pluô que par élecrons Crisal de la colonne IV aomes la colonne III (bore) Un faible appor d énergie perme à l aome de bore de subiliser un élecron à un proche voisin Si Si Si Si Silicium Si B Si B Bore Si Si Si

134 IV. La diode PN : Physique IV.3. Dopage Semi-conduceurs de ype P Aomes (ou impureés) de ype accepeur (d élecrons) en faible quanié Conducion par rous pluô que par élecrons Crisal de la colonne IV aomes la colonne III (bore) Un faible appor d énergie perme à l aome de bore de subiliser un élecron à un proche voisin rou libre Si Si Si Si Si Si Si Silicium Si B Si Si B - Si B Bore Si Si Si Si Si Si charge fixe

135 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si N Si B - Si Si B - Si Si P + Si Si P + Si Si Si Si Si NEUTRE Si Si Si Si Si Si NEUTRE Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si B - Si Si B - Si Si P + Si Si P + Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si

136 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

137 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

138 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

139 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

140 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

141 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

142 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N NEUTRE NEUTRE charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

143 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N zone neure ZCE zone neure ZCE : la Zone de Charge d Espace correspond à la zone dans laquelle il n y a pas de poreurs libres (élecrons e rous)

144 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N Le champ élecrique inerne de la diode correspond à la ension V b don la valeur es rès proche de V S. V b

145 IV.4. Formaion de la diode PN IV. La diode PN : Physique P N V b V b

146 IV. La diode PN : Physique IV.4. Formaion de la diode PN es la ension appliquée aux bornes de la diode. Elle modifie la valeur de la ension inerne de la diode. modifie la longueur de la ZCE e crée un déséquilibre enre les phénomènes de conducion e de diffusion V b

147 IV.5. Polarisaion direc : > IV. La diode PN : Physique Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie R + V b P N V b

148 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + V b P N

149 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + V b P N

150 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + V b P N V b

151 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + V b P N V b

152 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + V b P N V b

153 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + n es plus suffisammen grand pour ramener ous poreurs qui raversen la ZCE V b P N V b

154 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + n es plus suffisammen grand pour ramener ous poreurs qui raversen la ZCE V b P N diffusion V b

155 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > Dans ce cas V b < V b es la ZCE es plus éroie Il y a un appel de couran pour combler une parie de la ZCE R + n es plus suffisammen grand pour ramener ous poreurs qui raversen la ZCE V b P N diffusion conducion V b

156 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > L élecron qui rese dans la zone P se déplace par diffusion vers le conac R Un aure élecron prend sa place dans la zone N + V b P diffusion diffusion N V b

157 IV. La diode PN : Physique IV.5. Polarisaion direc : > L élecron qui rese dans la zone P se déplace par diffusion vers le conac R Un aure élecron prend sa place dans la zone N + V b P diffusion diffusion N V b

158 IV.5. Polarisaion direc : > IV. La diode PN : Physique L élecron qui rese dans la zone P se déplace par diffusion vers le conac R Un aure élecron prend sa place dans la zone N + Il exise un couran > qui augmene avec V b P diffusion N diffusion V b

159 IV.5. Polarisaion direc : > IV. La diode PN : Physique L élecron qui rese dans la zone P se déplace par diffusion vers le conac R Un aure élecron prend sa place dans la zone N + Il exise un couran > qui augmene avec Il se passe la même chose avec les rous V b P N diffusion conducion V b

160 IV.5. Polarisaion direc : > IV. La diode PN : Physique Le couran es consiué d un couran de rous e d un couran d élecrons R Plus es grand, moins le champ élecrique ramène les poreurs e donc plus le couran es grand. V b + P N V b

161 IV.6. Polarisaion direc : < IV. La diode PN : Physique La ZCE s agrandi e il exise un couran ransioire pour évacuer les élecrons e les rous R V b + P N V b

162 IV.6. Polarisaion direc : < IV. La diode PN : Physique Dans la zone P (resp. N) il exise des élecrons (resp. rous) en rès faible quanié qui son airés R par le champ élecrique e raverser la ZCE. Exemple pour la zone N : élecrons 1 23 m 3, rous 1 8 m 3 V b + P N V b

163 IV.6. Polarisaion direc : < IV. La diode PN : Physique Dans la zone P (resp. N) il exise des élecrons (resp. rous) en rès faible quanié qui son airés R par le champ élecrique e raverser la ZCE. Exemple pour la zone N : élecrons 1 23 m 3, rous 1 8 m 3 V b + P N conducion V b

164 IV.6. Polarisaion direc : < IV. La diode PN : Physique Dans la zone P (resp. N) il exise des élecrons (resp. rous) en rès faible quanié qui son airés R par le champ élecrique e raverser la ZCE. Exemple pour la zone N : élecrons 1 23 m 3, rous 1 8 m 3 V b + P N diffusion diffusion V b

165 IV.6. Polarisaion direc : < IV. La diode PN : Physique (< ) es donc consiué là aussi d un couran de rous e d un couran d élecrons R es rès faible en raison du faible nombre de poreurs mis en jeu. V b + P N V b

166 IV. La diode PN : Physique IV.7. Caracérisique ( ) plus réalise En plus des courans de diffusion, il exise des phénomènes parasies qui modifie l allure de la courbe. V S ln diffusion ln I S diffusion V S

167 IV. La diode PN : Physique IV.7. Caracérisique ( ) plus réalise En plus des courans de diffusion, il exise des phénomènes parasies qui modifie l allure de la courbe. P diffusion N ln V S fore injecion Régime de fore injecion diffusion ln I S diffusion V S

168 IV. La diode PN : Physique IV.7. Caracérisique ( ) plus réalise En plus des courans de diffusion, il exise des phénomènes parasies qui modifie l allure de la courbe. P N ln V S fore injecion Généraion hermique diffusion généraion ln I S diffusion V S

169 IV. La diode PN : Physique IV.7. Caracérisique ( ) plus réalise Foncionnemen réel de la diode PN : > (recombinaison) En direc : couran de recombinaison (élecronsrous) dans la ZCE P N V S ln fore injecion Recombinaison diffusion généraion recombinaison ln I S diffusion V S

170 IV. La diode PN : Physique IV.7. Caracérisique ( ) plus réalise En plus des courans de diffusion, il exise des phénomènes parasies qui modifie l allure de la courbe. P N ln V S fore injecion Avalanche avalanche généraion diffusion ln I S diffusion V S

171 IV. La diode PN : Physique IV.7. Caracérisique ( ) plus réalise En plus des courans de diffusion, il exise des phénomènes parasies qui modifie l allure de la courbe. P N ln V S fore injecion Zener avalanche Zener généraion diffusion ln I S diffusion V S

172 IV.8. Résumé des courans IV. La diode PN : Physique Foncionnemen réel de la diode PN diode idéale V S ID q V I. exp D S 1 kt ln diffusion idéale ln I S diffusion V S

173 IV.8. Résumé des courans IV. La diode PN : Physique Foncionnemen réel de la diode PN diode idéale + R S V S ID q V R.I I. exp D S D S 1 kt ln fore injecion diffusion R S idéale ln I S diffusion V S

174 IV.8. Résumé des courans IV. La diode PN : Physique Foncionnemen réel de la diode PN diode idéale + R S + généraion / recombinaison V S ID q IS. exp VD RS.ID kt 1 IGR ln fore injecion I GR diffusion idéale généraion R S recombinaison ln I S diffusion V S

175 IV.8. Résumé des courans IV. La diode PN : Physique Foncionnemen réel de la diode PN diode idéale ID + R S + généraion / recombinaison + avalanche q IS. exp VD RS.ID kt 1 IGR IAv ln V S fore injecion I Av I GR avalanche diffusion idéale généraion R S recombinaison ln I S diffusion V S

176 IV.9. Comporemen capaciif IV. La diode PN : Physique Une variaion implique une variaion Q P N Q + Q charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

177 IV.9. Comporemen capaciif IV. La diode PN : Physique Une variaion implique une variaion Q > P N Q + Q charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

178 IV.9. Comporemen capaciif IV. La diode PN : Physique Une variaion implique une variaion Q > P zone neure? zone neure? N Q + Q charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

179 IV.9. Comporemen capaciif IV. La diode PN : Physique Une variaion implique une variaion Q : couran ransioire > P N Q + Q charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

180 IV.9. Comporemen capaciif IV. La diode PN : Physique Une variaion implique une variaion Q : couran ransioire La diode a aussi un comporemen capaciif : Q C > P N Q + Q charge fixe négaive charge fixe posiive rou (charge > ) élecron (charge < )

181 IV.9. Comporemen capaciif IV. La diode PN : Physique Une variaion implique une variaion Q : couran ransioire La diode a aussi un comporemen capaciif : Q C C I Av C I GR idéale R S V S Ce effe capaciif es avanageusemen uilisée avec les diodes varicap dans les circuis d accord des récepeurs radios e des éléviseurs.

182 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > P N

183 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < P N

184 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < P N

185 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) P N

186 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) P N

187 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) Phase 2 : élargissemen de la zone déserée P N

188 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) Phase 2 : élargissemen de la zone déserée P N

189 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > 1 1

190 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < 1 1

191 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) Phase 1 1 1

192 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) Phase 2 : élargissemen de la zone déserée Phase 1 Phase 2 1 1

193 IV. La diode PN : Physique IV.1. La diode en commuaion Mouvemen des élecrons e des rous Iniialemen la diode es polarisée en direc : >, > On polarise brusquemen la diode en inverse : <, < Phase 1 : évacuaion des élecrons (zone P) e des rous (zone N) Phase 2 : élargissemen de la zone déserée Si la fréquence de commuaion de es rop élevée alors la diode es oujours passane!!!!! Phase 1 Phase 2 1 1

194 VI. La diode zener VI.1. Définiion de la zener Une diode zener es une joncion P-N don la fabricaion perme son uilisaion en régime d avalanche ou unnel : Très fore variaion de couran pour une rès faible variaion de ension L effe Zener a éé découver par Clarence ZENER ( ) VI.2. Représenaion(s) anode V S P N diode PN cahode

195 VI. La diode zener VI.1. Définiion de la zener Une diode zener es une joncion P-N don la fabricaion perme son uilisaion en régime d avalanche ou unnel : Très fore variaion de couran pour une rès faible variaion de ension L effe Zener a éé découver par Clarence ZENER ( ) VI.2. Représenaion(s) anode V S V Z N P diode zener cahode

196 VI. La diode zener VI.1. Définiion de la zener Une diode zener es une joncion P-N don la fabricaion perme son uilisaion en régime d avalanche ou unnel : Très fore variaion de couran pour une rès faible variaion de ension L effe Zener a éé découver par Clarence ZENER ( ) VI.2. Représenaion(s) anode V S V Z N P diode zener cahode

197 VI. La diode zener VI.1. Définiion de la zener Une diode zener es une joncion P-N don la fabricaion perme son uilisaion en régime d avalanche ou unnel : Très fore variaion de couran pour une rès faible variaion de ension L effe Zener a éé découver par Clarence ZENER ( ) VI.2. Représenaion(s) anode V S V Z N P diode zener cahode

198 VI. La diode zener VI.1. Définiion de la zener Une diode zener es une joncion P-N don la fabricaion perme son uilisaion en régime d avalanche ou unnel : Très fore variaion de couran pour une rès faible variaion de ension L effe Zener a éé découver par Clarence ZENER ( ) VI.2. Représenaion(s) anode anneau de repérage N P diode zener cahode

199 VI. La diode zener VI.3. Effe zener Lorsque le champs élecrique es rès for e que la largueur de la ZCE es rès faible : Des élecrons de la zone P en fronière de la ZCE peuven êre arrachés au réseau crisallin On obien des ensions de rupure qui von de 2 à 2 V P N

200 VI.4. Caracérisique en couran VI. La diode zener La caracérisique ( ) résule de l effe d avalanche e/ou de l effe zener V Z < 5 V : effe zener zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V

201 VI.4. Caracérisique en couran VI. La diode zener La caracérisique ( ) résule de l effe d avalanche e/ou de l effe zener V Z < 5 V : effe zener 5 V < V Z < 1 V : effe zener + effe d avalanche zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V

202 VI.4. Caracérisique en couran VI. La diode zener La caracérisique ( ) résule de l effe d avalanche e/ou de l effe zener V Z < 5 V : effe zener 5 V < V Z < 1 V : effe zener + effe d avalanche zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V

203 VI.4. Caracérisique en couran VI. La diode zener La caracérisique ( ) résule de l effe d avalanche e/ou de l effe zener V Z < 5 V : effe zener 5 V < V Z < 1 V : effe zener + effe d avalanche zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V

204 VI.4. Caracérisique en couran VI. La diode zener La caracérisique ( ) résule de l effe d avalanche e/ou de l effe zener V Z < 5 V : effe zener 5 V < V Z < 1 V : effe zener + effe d avalanche V Z > 1 V : effe d avalanche zener zener avalanche avalanche P N W 5 V 1 V

205 VI. La diode zener VI.5. Applicaion Sabilisaeur de ension Le bu ici es de supprimer l ondulaion résiduelle après le filrage capaciif. V R (V) ondulaion E G (s) sysème C V R R L

206 VI. La diode zener VI.5. Applicaion Sabilisaeur de ension Le bu ici es de supprimer l ondulaion résiduelle après le filrage capaciif. La ension de rupure (V Z ) es la ension que l on souhaie avoir sur la charge. V R (V) ondulaion E G (s) sysème R C V R V L R L

207 VI. La diode zener VI.5. Applicaion Sabilisaeur de ension Le bu ici es de supprimer l ondulaion résiduelle après le filrage capaciif. La ension de rupure (V Z ) es la ension que l on souhaie avoir sur la charge. V R, V L (V) V Z V R (A) (s) sysème R V R V L R L (V) V Z

208 VI. La diode zener VI.5. Applicaion Sabilisaeur de ension V R, V L (V) V R Le bu ici es de supprimer l ondulaion résiduelle après le filrage capaciif. La ension de rupure (V Z ) es la ension que l on souhaie avoir sur la charge. V Z V L (A) (s) sysème R V R V L R L (V) V Z

209 VI. La diode zener VI.5. Applicaion Sabilisaeur de ension V R, V L (V) V R Le bu ici es de supprimer l ondulaion résiduelle après le filrage capaciif. La ension de rupure (V Z ) es la ension que l on souhaie avoir sur la charge. V Z V L (A) (s) sysème R V R V L R L (V) V Z

210 VI. La diode zener VI.5. Applicaion Sabilisaeur de ension V R, V L (V) V R Le bu ici es de supprimer l ondulaion résiduelle après le filrage capaciif. La ension de rupure (V Z ) es la ension que l on souhaie avoir sur la charge. R es une résisance de proecion. sysème V L V Z (A) (s) R V R V L R L (V) V Z

211 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.1. Effe phoo-élecrique e cellule phoovolaïque 1839 Mise en évidence de l effe phooélecrique par Anoine Becquerel : comporemen élecrique d'élecrodes immergées dans un liquide, modifié par un éclairage Heinrich Rudolf Herz découvre l effe phooélecrique : une plaque de méal éan soumise à une lumière émera des élecrons Alber Einsein propose un explicaion en inroduisan la noion de phoon

212 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.1. Effe phoo-élecrique e cellule phoovolaïque Charles Fris réalise la première cellule solaire. Elle es réalisée avec du Sélénium sur lequel a éé déposée une rès fine couche d or 1883 Premier panneau solaire basé sur le breve de Russel Ohl en 1946 (paen US242662, "Ligh sensiive device.") qui a iniialemen invené la diode PN en

213 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.2. Noion de bande d énergie Dans un semi-conduceur, les élecrons ne peuven pas avoir n impore quel niveau d énergie Bande de conducion E C Bande inerdie E G E V Bande de valence

214 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.2. Noion de bande d énergie Dans un semi-conduceur, les élecrons ne peuven pas avoir n impore quel niveau d énergie Des élecrons de la bande de valence peuven moner dans la bande conducion, ils deviennen alors quasi-libres e peuven se déplacer dans le semi-conduceur. Bande de conducion E C Bande inerdie E G E V Bande de valence

215 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.2. Noion de bande d énergie Dans un semi-conduceur, les élecrons ne peuven pas avoir n impore quel niveau d énergie Des élecrons de la bande de valence peuven moner dans la bande conducion, ils deviennen alors quasi-libres e peuven se déplacer dans le semi-conduceur. Bande de conducion E C Bande inerdie E G E V Bande de valence

216 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.2. Noion de bande d énergie Les rous aussi peuven se déplacer Bande de conducion E C Bande inerdie E G E V Bande de valence

217 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.2. Noion de bande d énergie Les rous aussi peuven se déplacer Bande de conducion E C Bande inerdie E G E V Bande de valence

218 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.3. Energie des phoons Un élecron peu moner dans la bande de conducion en absorban l énergie d un phoon L énergie du phoon doi au minimum êre égale à E G. La valeur de E G dépend du semi-conduceur Bande de conducion Bande inerdie E G h E C E V Bande de valence

219 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.3. Energie des phoons Rouge Viole Infra-Rouge Visible Cd x Hg 1-x Te CdSe AlAs CdS InSb Ge Si GaAs GaP SiC Ulra-Viole GaN ZnS E G l (µm) 1 3 1,5 1,65,5,35 (ev)

220 Réponse relaive VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.4. Absorpion dans le silicium L efficacié de la conversion phoon-élecron dépend de la longueur d onde des phoons Tous les phoons d énergie supérieure à E G ne génèren pas forcemen une paire élecron-rou 1,,8,6,4,2 silicium,,2,4,6,8 1, 1,2 Longueur d onde (µm)

221 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.4. Absorpion dans le silicium Les phoons on une ceraine disance de pénéraion dans le semiconduceur. h Nombre de phoon Semi-conduceur x

222 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.5. Effe sur la diode PN Des phoons ayan une énergie suffisane (h ) peuven générer des paires élecron-rou. P N V S W

223 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.5. Effe sur la diode PN Des phoons ayan une énergie suffisane (h ) peuven générer des paires élecron-rou. h P N V S W

224 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.5. Effe sur la diode PN Des phoons ayan une énergie suffisane (h ) peuven générer des paires élecron-rou. Si la généraion se fai dans la ZCE alors le champ élecrique sépare les élecrons e les rous ce qui donne naissance à un couran négaif Ce couran s ajoue au couran normal de la diode P N V S W

225 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.5. Effe sur la diode PN L ampliude du couran phooélecrique dépend de l énergie e du nombre des phoons qui arriven sur la ZCE de diode P N V S W

226 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.5. Effe sur la diode PN L ampliude du couran phooélecrique dépend de l énergie e du nombre des phoons qui arriven sur la ZCE de diode Si la généraion se fai hors ZCE alors la paire élecron-rou sera recombinée e ne paricipera pas au couran P N V S W

227 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque Lorsque > e > la diode se compore comme un généraeur de couran e non comme un récepeur P N W

228 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque On fai à présen un changemen de convenion pour le couran de la diode phoovolaïque qui sera inversé par rappor à la diode normale. Cela éviera de conserver un signe. V b

229 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque On fai à présen un changemen de convenion pour le couran de la diode phoovolaïque qui sera inversé par rappor à la diode normale. Cela éviera de conserver un signe. La ension obenue à vide c es-à-dire sans charge es appelée V CO (ension de circui ouver) V CO V b V CO V CO

230 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque On fai à présen un changemen de convenion pour le couran de la diode phoovolaïque qui sera inversé par rappor à la diode normale. Cela éviera de conserver un signe. La ension obenue à vide c es-à-dire sans charge es appelée V CO (ension de circui ouver) De même, on défini le couran de cour-circui, I CC. I CC I CC V b V CO

231 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque Le couran fourni par la diode e la ension à ses bornes dépenden de la charge (i.e. de la résisance) à ses bornes Le couran e la ension son coninues V b R V CO

232 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque En foncion de la valeur de R, la puissance fournie (P =. ) par la diode passe par un maximum. En conséquence, il exise une valeur opimale de la charge qui perme d obenir le plus de puissance. P V CO V CO

233 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.6. Généraeur phoovolaïque Les caracérisiques I(V) des composans élecroniques son rès sensibles à la empéraure Le couran d une diode augmene avec la empéraure. Les courans de Généraion-recombinaison augmenen aussi Il es donc imporan de permere aux panneaux phoovolaïques de se refroidir P T T V CO V CO

234 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.7. Phoovolaïque : Silicium poly-crisallin Les joins de grain se comporen comme des cenres recombinans e diminuen le couran de la diode

235 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.8. Phoovolaïque : silicium mono-crisallin Le procédé e plus coûeux en énergie mais le rendemen es plus grand puisqu il n y a pas de join de grain

236 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques h N P

237 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface N h P

238 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface h N P

239 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface La plus grande parie de la zone P ne ser à rien e consomme de la maière. Il fau donc faire des wafers les plus fins possible ou en conservan une solidié suffisane des wafers. N h P

240 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface La plus grande parie de la zone P ne ser à rien e consomme de la maière. Il fau donc faire des wafers les plus fins possible ou en conservan une solidié suffisane des wafers. N h P

241 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface La plus grande parie de la zone P ne ser à rien e consomme de la maière. Il fau donc faire des wafers les plus fins possible ou en conservan une solidié suffisane des wafers. Une parie des phoons qui arriven sur le wafer es réfléchie. On ajoue alors une couche ani refle (Si 3 N 4 ) qui es de couleur bleu. N P h

242 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface La plus grande parie de la zone P ne ser à rien e consomme de la maière. Il fau donc faire des wafers les plus fins possible ou en conservan une solidié suffisane des wafers. Une parie des phoons qui arriven sur le wafer es réfléchie. On ajoue alors une couche ani refle (Si 3 N 4 ) qui es de couleur bleu. N P h

243 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La disance de pénéraion des phoons dans le silicium es faible e la ZCE doi êre la plus proche possible de la surface h La plus grande parie de la zone P ne ser à rien e consomme de la maière. Il fau donc faire des wafers les plus fins possible ou en conservan une solidié suffisane des wafers. Une parie des phoons qui arriven sur le wafer es réfléchie. On ajoue alors une couche ani refle (Si 3 N 4 ) qui es de couleur bleu. La prise de conac doi permere à la fois de ne pas masquer une par imporane des phoons e ne pas ajouer une résisance parasie imporane. N P

244 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques

245 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La mise en parallèle des diodes perme d obenir un couran plus imporan 3. V b R

246 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.9. Phoovolaïque : aspecs praiques La mise en parallèle des diodes perme d obenir un couran plus imporan La mise en série des diodes perme d obenir une ension plus imporan 3. V b R 3.

247 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.1. Phoovolaïque : rendemen Le rendemen d une cellule par unié de surface doi êre associé au coû de fabricaion. Le bu éan de réaliser des cellules bon marché avec un for rendemen. Silicium crisallin Silicium polycrisallin Silicium amorphe CdTe organique Mulijoncions Cuivre Indium Sélénium Cellule à concenraion

248 3 ème généraion 2 ème généraion 1 ere généraion VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.1. Phoovolaïque : rendemen Rendemen Type Cellule (en labo) Module (en labo) Module (commerciale) Niveau de développemen Si monocrisallin 24,7 % 22,7 % 12-2 % Producion indusrielle Si polycrisallin 2,3 % 16,2 % % Producion indusrielle Si amorphe 13,4 % 1,4 % 5-9 % Producion indusrielle Si crisallin en couche mince 9,4 % 7 % Producion indusrielle CIS 19,3 % 13,5 % 9-11 % Producion indusrielle CdTe 16,7 % 6-9 % Prê pour la producion Cellule organique 5,7 % Recherche Cellule organique 11 % 8,4 % Recherche Cellule muli-joncions 39 % 25-3 % Recherche (spaiales)

249 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.11. Phoovolaïque : silicium amorphe en couche mince Les cellules son consiuées d une faible couche de silicium amorphe déposée sur du plasique, du verre ou encore de l aluminium. Avanages : Foncionnen avec un éclairemen faible (même par emps couver ou à l'inérieur d'un bâimen) Moins chères que les aures. Moins sensible aux empéraures élevées que les cellules mono ou poly crisallines Inconvéniens Rendemen faible en plein soleil Performances qui diminuen sensiblemen avec le emps Applicaions : borne de jardin, calcularice Marcher : 1 % (9 % pour le silicium crisallin)

250 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.12. Phoovolaïque : cellules CdTe (ellurure de cadmium) Cee echnologie permera peu-êre d aeindre la parié enre le coû du kwh phoovolaïque e du kwh classique la couche de semi-conduceur es direcemen déposée sur un subsra Le rendemen es faible (6-7% e 14% en labo) Le Cadmium es un produi rès oxique pour l'homme e pour l'environnemen.

251 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.13. Phoovolaïque : cellules organiques L objecif es de diminuer considérablemen le coû du procédé echnologique. Il es possible d obenir des cellules par impression

252 VII. Effe phooélecrique : absorpion VII.14. Phoovolaïque : Recherche Source : Les echnologies du phoovolaïque (juin 212)