LES DIODES

LES DIODES

I – La diode à jonction

I.1 – Constitution

Elle est réalisée par une jonction PN.

Symbole :

Composant physique :

I – La diode à jonction

I.1 – Constitution

Elle est réalisée par une jonction PN.

Symbole :

Composant physique :

LES DIODES

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.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

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.

LES DIODES

La diode est un composant non linéaire.

La diode est un composant non linéaire.

résistance dynamique :  r_d=dv di

i v

LES DIODES

I.3 – Etude d'un circuit simple 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 :       .I₀, V₀

LES DIODES

I.4 – Modèles

Pour permettre une résolution analytique, il faut établir un modèle électrique.

I.4 – Modèles

Pour permettre une résolution analytique, il faut établir un modèle électrique.

LES DIODES

I.4 – Modèles 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).

LES DIODES

Exemple :

Pour le circuit précédent : 

 Lorsque E = + 5 V, la diode est polarisée dans le sens direct.

On peut donc la remplacer par un générateur de Thévenin.

 Pour E = ­5 V, la diode est polarisée en inverse.

On la remplace par une résistance de 100 M.

Exemple :

Pour le circuit précédent : 

 Lorsque E = + 5 V, la diode est polarisée dans le sens direct.

On peut donc la remplacer par un générateur de Thévenin.

 Pour E = ­5 V, la diode est polarisée en inverse.

On la remplace par une résistance de 100 M.

i= E

Rr = −5

10010⁸=−50nA ; V ≈−5V i=E −V _d

Rr_d = 5−0,7

1001=42,6mA ; V =V _dr_d⋅i=0,74V E =±5V , R=100 ,

V _d=0,7V , r_d=1 .

LES DIODES

Modèles simplifiés :

résistance dynamique nulle

diode idéale

Modèles simplifiés :

résistance dynamique nulle

diode idéale

passante <=> court­circuit bloquée  <=> circuit ouvert

II – Applications

II.1 – Redressement

But : obtenir une tension continue à partir d'une ou plusieurs tensions alternatives.

II – Applications

II.1 – Redressement

But : obtenir une tension continue à partir d'une ou plusieurs tensions alternatives.

LES DIODES LES DIODES

V~ V=

LES DIODES

II.1.1 – Redressement mono­alternance II.1.1 – Redressement mono­alternance

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

LES DIODES

II.1.1 – Redressement mono­alternance II.1.1 – Redressement mono­alternance

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  = 0 U  = 0 et   V  = V

LES DIODES

valeurs moyennes  

valeur efficace

tension inverse maximale aux bornes de D valeurs moyennes

valeur efficace

tension inverse maximale aux bornes de D

U_R= 1 T ∫

0 T

U_Rtdt= 1 T ∫

t₁ t₂

V _M sin⋅t−0,6dt

U_R≈ 1 T ∫

0 T /2

V _M sin⋅tdt=V _M



I_R= U_R

R = V _M

 ⋅1

R =I_D

V _DRM=−V _M

U=^{T1 ∫T0 UR2tdt}

LES DIODES

II.1.2 – Redressement double alternance II.1.2 – Redressement double alternance

V₁ = + V_M sin .t V₂ = ­ V_M sint .t  Pour 0 < .t < 

V₁ > 0, V₂ < 0  V_A1 > V_M > V_A2

V_A1 > V_K1 D₁ polarisation directe 

V_A2 < V_K2 D₂ polarisation inverse   si V₁ > 0,6 V, D₁  conduit

☛ U_R = V₁ – V_D1 = V₁ – 0,6 et   i_R = U_R / R

☛ V₁ – V_D1 + V_D2 – V₂ = 0

V_D2 = V₂ – V₁ + V_D1 V₂ – V₁ à .t = V  = – 2V

LES DIODES

II.1.2 – Redressement double alternance II.1.2 – Redressement double alternance

V₁ = + V_M sin .t V₂ = ­ V_M sin .t  Pour  < .t < 2

V₁ < 0, V₂ > 0  V_A1 < V_M < V_A2

V_A1 < V_K1 D₁ polarisation inverse

V_A2 > V_K2 D₂ polarisation directe   si V₂ > 0,6 V, D₂  conduit

☛ U_R = V₂ – V_D2 = V₂ – 0,6 et   i_R = U_R / R

☛ V₁ – V_D1 + V_D2 – V₂ = 0

V_D1 = V₁ – V₂ + V_D2 V₁ – V₂

LES DIODES

valeurs moyennes  

tension inverse maximale aux bornes de D valeurs moyennes

tension inverse maximale aux bornes de D

U_R= 1

T /2∫

t₁ t₂

U_Rtdt

U_R≈ 2 T ∫

0 T/2

V _M sin⋅tdt=2V _M



I_R= U_R

R =V _M

 ⋅2 R

V _DRM=−2V _M

T = 2 

 = 2 

I_D= V_M

 ⋅1 R

LES DIODES

II.1.3 – Redressement à pont de Graetz II.1.3 – Redressement à pont de Graetz

LES DIODES

V = V_M sin .t  Pour  < .t < 

V > 0  V_A1 > V_A2 ou V_K3 > V_K4

^

^

  si V > 2 V_seuil , D₁ et D₄ sont passantes

☛ U_R = V – V_D1 – V_D4 = V – 1,2   et   i_R = U_R / R – V   –V et V – V   –V V_A1V _K1

D₁pol. directe

=V_K2V _A2

D₂pol.inverse

V_K3V _A3

D₃pol.inverse

=V_A4V_K4

D₄ pol. directe

II.1.3 – Redressement à pont de Graetz II.1.3 – Redressement à pont de Graetz

LES DIODES

II.1.3 – Redressement à pont de Graetz II.1.3 – Redressement à pont de Graetz

V = V_M sin .t  Pour  < .t < 2

V < 0 

D₂ et D₃ polarisation directe D₁ et D₄ polarisation inverse valeurs moyennes

tension inverse maximale aux bornes de D

U_R=2V _M



V _DRM=−V _M

LES DIODES

II.1.4 – Débit sur fcém II.1.4 – Débit sur fcém

V = V_M sint .t  Pour  < .t < 

D'après le montage précédent, D₂ et D₃ sont polarisées en inverse, seuls D₁ et D₄ peuvent conduire.

V = V_D1 + R.i + E + V_D4     d'où : 

☛ D₁ et D₄ conduisent ⇔ i > 0

⇒ V > E + V_D1 + V_D4 

⇒ V > E + 1,2 et   U = V – 1,2

☛ si V < E + 1,2  => D₁ et D₄ ne conduisent pas, donc i = 0 et U = E i=V−E−V_D1−V_D4

R

LES DIODES

II.1.5 – Taux d'ondulation

Définition :

Redressement simple alternance :

II.1.5 – Taux d'ondulation

Définition :

Redressement simple alternance :

=  V V

 V=V _M^, V= V_M



= V

V = V _M V _M



=

LES DIODES

Redressement double alternance :

courant continu :

Redressement double alternance :

courant continu :

 V=V _M^, V=2 V _M



=  V

V = V _M 2 V _M



=  2

 V=0

=0

II.2 – Filtrage

But : obtenir une tension continue à partir d'une  tension redressée.

II.2.1 – Filtrage capacitif

Le dispositif le plus simple consiste à brancher un  condensateur en parallèle avec la charge.

 si R → ∞

II.2 – Filtrage

But : obtenir une tension continue à partir d'une  tension redressée.

II.2.1 – Filtrage capacitif

Le dispositif le plus simple consiste à brancher un  condensateur en parallèle avec la charge.

 si R → ∞

LES DIODES LES DIODES

rappel :

i_C > 0 ⇒ U_C ↗, C se charge i_C < 0 ⇒ U_C ↘, C se décharge

i_C=C dU_C

dt ^UC

i_C

v=V _M sin⋅t

Dans la pratique R ≠ ∞

Dès que la diode se bloque, le condensateur se décharge dans la résistance.

Redressement double alternance Dans la pratique R ≠ ∞

Dès que la diode se bloque, le condensateur se décharge dans la résistance.

Redressement double alternance

LES DIODES LES DIODES

 VV _M^, V2 V _M



= V

V 

II.2.2 – Filtrage inductif II.2.2 – Filtrage inductif

LES DIODES LES DIODES

rappel :

U_L=L di dt

III – Diodes stabilisatrices de tension ­ diodes zéner

III.1 – Caractéristiques

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 

III – Diodes stabilisatrices de tension ­ diodes zéner

III.1 – Caractéristiques

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 

LES DIODES LES DIODES

III.2 – Modèle

Dans la pratique, on constate que V_z varie légèrement avec i_z. Dans la zone de polarisation inverse :

III.2 – Modèle

Dans la pratique, on constate que V_z varie légèrement avec i_z. Dans la zone de polarisation inverse :

LES DIODES LES DIODES

r_z= dv_z di_z V_Z=V_Zor_Z⋅i_Z

III.3 – Applications

source de tension constante

alimentation stabilisée

III.3 – Applications

source de tension constante

alimentation stabilisée

LES DIODES LES DIODES

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

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 :

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).

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 :

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).

LES DIODES LES DIODES

LES DIODES

caractéristiques

la tension de seuil dépend de la couleur la luminosité est proportionnelle au courant la tension inverse de claquage est faible

caractéristiques

la tension de seuil dépend de la couleur la luminosité est proportionnelle au courant la tension inverse de claquage est faible