Telechargé par Chebbis Sofiane

3 diodes

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LES DIODES
I – La diode à jonction
I.1 – Constitution
Elle est réalisée par une jonction PN.
Symbole :
Composant physique :
Polytech'Nice Sophia
1
C. PETER – V 3.0
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 = Id + Iv
il faut Iv << Id
montage aval
Polytech'Nice Sophia
Vmes = V + Va
il faut Va << V
montage amont
2
C. PETER – V 3.0
LES DIODES
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.
résistance dynamique : r d =
Polytech'Nice Sophia
3
i
v
dv
di
C. PETER – V 3.0
LES DIODES
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
Polytech'Nice Sophia
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 .
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
I.4 – Modèles
Pour permettre une résolution analytique, il faut établir un modèle électrique.
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
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).
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
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
=
5−0,7
1001
=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
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=
−5
8
10010
=−50nA ; V ≈−5V
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
Modèles simplifiés :
résistance dynamique nulle
diode idéale
passante <=> court­circuit
bloquée <=> circuit ouvert
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II – Applications
II.1 – Redressement
But : obtenir une tension continue à partir d'une ou plusieurs tensions alternatives.
V=
V~
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.1 – Redressement mono­alternance
V = VM sin .t
Transformateur permettant
d'abaisser la tension
Pour 0 < .t < 
V > 0  VA > V K
polarisation directe D conduit si V > 0,6 V
UR = V – VD = V – 0,6
et iR = UR / R
Pour  < .t < 2
V < 0  VA < V K
polarisation inverse D est bloquée
iR = 0 UR = 0 et VD = V
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.1 – Redressement mono­alternance
V = VM sin .t
Transformateur permettant
d'abaisser la tension
Pour 0 < .t < 
V > 0  VA > V K
polarisation directe D conduit si V > 0,6 V
UR = V – VD = V – 0,6
et iR = UR / R
Pour  < .t < 2
V < 0  VA < V K
polarisation inverse D est bloquée
iR = 0 UR = 0 et VD = V
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
valeurs moyennes
t2
T
U R=
1
1
U
t
dt
=
V M sin⋅t −0,6 dt
∫
∫
R
T 0
T t
1
1
U R≈
T
T /2
∫
0
VM
V M sin⋅tdt =

UR V M 1
I R=
=
⋅ =I D
 R
R
valeur efficace
U=

T
1
2
U
∫
R t dt
T 0
tension inverse maximale aux bornes de D
V DRM =−V M
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.2 – Redressement double alternance
V1 = + VM sin .t
V2 = ­ VM sint .t
Pour 0 < .t < 
V1 > 0, V2 < 0  VA1 > VM > VA2
VA1 > VK1 D1 polarisation directe
VA2 < VK2 D2 polarisation inverse
si V1 > 0,6 V, D1 conduit
☛ UR = V1 – VD1 = V1 – 0,6 et
iR = UR / R
☛ V1 – VD1 + VD2 – V2 = 0
VD2 = V2 – V1 + VD1 V2 – V1
à .t = VD2 = – 2VM
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LES DIODES
II.1.2 – Redressement double alternance
V1 = + VM sin .t
V2 = ­ VM sin .t
Pour  < .t < 2
V1 < 0, V2 > 0  VA1 < VM < VA2
VA1 < VK1 D1 polarisation inverse
VA2 > VK2 D2 polarisation directe
si V2 > 0,6 V, D2 conduit
☛ UR = V2 – VD2 = V2 – 0,6 et iR = UR / R
☛ V1 – VD1 + VD2 – V2 = 0
VD1 = V1 – V2 + VD2 V1 – V2
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
valeurs moyennes
U R=
1
T = 2 
t2
∫ U R tdt
T /2 t
2
U R≈
T
 = 2 
T /2
∫
0
1
VM
V M sin⋅tdt =2

UR
VM 2
I R=
=
⋅
 R
R
VM 1
I D=
⋅
 R
tension inverse maximale aux bornes de D
V DRM =−2V M
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.3 – Redressement à pont de Graetz
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.3 – Redressement à pont de Graetz
V = VM sin .t
Pour  < .t < 
V > 0  VA1 > VA2 ou VK3 > VK4
 V A1V K1=V K2V A2
 
D1 pol. directe
D 2 pol. inverse
V A3 =V A4 V K4
 V
K3


D 3 pol. inverse
D 4 pol. directe
si V > 2 Vseuil , D1 et D4 sont passantes
☛ UR = V – VD1 – VD4 = V – 1,2 et iR = UR / R
☛ VD2 = VD1 – V  –V et VD3 = VD4 – V  –V
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.3 – Redressement à pont de Graetz
V = VM sin .t
Pour  < .t < 2
V<0
D2 et D3 polarisation directe
D1 et D4 polarisation inverse
valeurs moyennes
VM
U R =2

tension inverse maximale aux bornes de D
V DRM =−V M
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.4 – Débit sur fcém
V = VM sint .t
Pour  < .t < 
D'après le montage précédent, D2 et D3 sont polarisées en inverse,
seuls D1 et D4 peuvent conduire.
V − E−V D1 −V D4
V = VD1 + R.i + E + VD4 d'où : i=
R
☛ D1 et D4 conduisent ⇔ i > 0
⇒ V > E + VD1 + VD4
⇒ 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
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.1.5 – Taux d'ondulation
Définition :
=
V
V
Redressement simple alternance :
 V =V M , V =
=
V
V
=
VM
VM
VM

=

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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
Redressement double alternance :
 V =V M , V =2
=
courant continu :
V
V
=
VM
2
VM
VM

=

2

 V =0
=0
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
rappel :
II.2 – Filtrage
But : obtenir une tension continue à partir d'une
tension redressée.
II.2.1 – Filtrage capacitif
i C =C
dU C
iC
UC
dt
iC > 0 ⇒ UC ↗, C se charge
iC < 0 ⇒ UC ↘, C se décharge
Le dispositif le plus simple consiste à brancher un
condensateur en parallèle avec la charge.
v=V M sin ⋅t 
si R → ∞
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
Dans la pratique R ≠ ∞
Dès que la diode se bloque, le condensateur se décharge dans la résistance.
 V V M , V 2
=
V
V
VM


Redressement double alternance
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
II.2.2 – Filtrage inductif
rappel :
U L =L
Polytech'Nice Sophia
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di
dt
C. PETER – V 3.0
LES DIODES
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
maximale qu'elles peuvent dissiper.
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
III.2 – Modèle
Dans la pratique, on constate que Vz varie légèrement avec iz.
Dans la zone de polarisation inverse :
V Z =V Zor Z⋅i Z
Polytech'Nice Sophia
r z=
26
dv z
di z
C. PETER – V 3.0
LES DIODES
III.3 – Applications
source de tension constante
VZ : tension constante < E
Rp : résistance de polarisation de la diode
Il faut choisir RP tel que IZmin < I < Izmax
alimentation stabilisée
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
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).
Polytech'Nice Sophia
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C. PETER – V 3.0
LES DIODES
caractéristiques
la tension de seuil dépend de la couleur
la luminosité est proportionnelle au courant
la tension inverse de claquage est faible
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