La jonction PN - Intranet Polytech Paris-Sud

Composants et capteurs
Composants :
diodes et transistors
3ème année Polytech Paris Sud
Département Energie, Electronique & Systèmes
Cédric KOENIGUER
Composants et capteurs
1
Plan
I. Les diodes
1.
2.
3.
4.
Les différents types de diodes
Fonctionnement d’une jonction PN
Les caractéristiques
Les applications
C. Koeniguer 2013/2014
II. Les transistors
1. Introduction
2. Les MOSFET
3. Les transistors bipolaires
Composants et capteurs
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I.1 Les diodes : les différents types
Les différents types de diodes
Diode
« classique »
(jonction PN)
Utilisation
Symbole
Type de diode
I
U
Utilisation courante
(basse fréquence) :
non linéaire et linéaire
I
Diode Schottky
(jonction M-SC)
U
I
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Diode Zener
Utilisation en haute
fréquence ou faible seuil
Stabilisation de tension
U
I
LED/photodiode
(jonctions PN)
optoélectronique
U
Diode = dipôle : 1 courant et 1 tension
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I.2 Les diodes : fonctionnement d’une jonction PN
La jonction PN : constitution
I
V
I
P
N
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P
N
P
N
Composants et capteurs
1. Deux SC
isolés
2. Jonction
PN = 2 SC
« accolés »
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I.2 Les diodes : fonctionnement d’une jonction PN
La jonction PN : état d’équilibre (1)
P
N
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P
N
3. diffusion
des
majoritaires
4.
Recombinaisons :
création d'une
zone chargée
(zone de charge
d’espace = ZCE)
ZCE
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I.2 Les diodes : fonctionnement d’une jonction PN
La jonction PN : état d’équilibre (2)
5. Apparition
d'un champ
interne
E
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P
E
N
ZCE
Composants et capteurs
6. état d'équilibre
: la conduction
compense la
diffusion
Champ E =
barrière au
passage des
électrons/trous
6
I.2 Les diodes : fonctionnement d’une jonction PN
La jonction PN sous tension
Application d’une tension externe :
I
U>0
U<0
U
I
Ec
ZQN
P
-
+
+
+
+
+
I
ZQN
N
E
Eeq
ZQN
P
-
+
+
+
+
+
E
Ec
Eeq
Eext
Eext
ZQN
N
Ev
Ev
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U<0
U>0
⇒ Augmentation du champ
⇒ Diminution de la diffusion des porteurs
⇒ Peu de courant : diode en inverse
⇒ Diminution du champ
⇒ Augmentation de la diffusion
des porteurs
⇒ Un courant passe : diode en direct
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I.3 Les diodes : les caractéristiques
La jonction PN : caractéristique réelle
I
U
 UU

I  I S  e T  1




I
- IS
kT
Avec : U T 
q
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A T = 300 K : UT=25 mV
V
Diode en inverse : V < 0
I = - IS
Diode en direct : V > 0
I  IS e
V
UT
 Composant non-linéaire
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I.3 Les diodes : les caractéristiques
La jonction PN : modèles simplifiés
I
Modèle sans seuil :
V
I
Modèle avec seuil :
VT
V
VT : tension correspondant
à un courant de 1 mA
Pour une diode signal : VT # 0.7 V
Pour une LED : VT dépend de 
Pour une diode Schottky : VT<0.6 V
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I
Rem :
le seuil dépend de la température
Modèle avec pente :
V
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I.3 Les diodes : les caractéristiques
La diode Zener
I
La diode Zener supporte la tension
Inverse VZ
VZ : tension Zener
Typ. -10V < VZ < -3V
VZ
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VT
V
Utilisation : stabilisation en tension
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I.3 Les diodes : les caractéristiques
La LED / photodiode
Photodiode
LED
P

N
I
I
V
V
1
2
I
 UV

T
I  I S  e  1  I ph




=0
I
≠0
V
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V
Iph
Générateur : P<0
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I.4 Les diodes : Applications
Applications
• Diodes classiques :
–
–
–
–
Redressement
Diodes de « roue libre » (conduction continue du courant)
Détection de crêtes, de maxima
…
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• Diodes Zener : stabilisation de tensions
• LED :
– Éclairage (différents niveaux de puissances)
– Propagation de signaux guidés (fibres) ou en espace libre (ex :
télécommande)
– barrières optiques
– …
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