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 . 4 C. PETER – V 3.0 LES DIODES I.4 – Modèles Pour permettre une résolution analytique, il faut établir un modèle électrique. Polytech'Nice Sophia 5 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). Polytech'Nice Sophia 6 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 Rr d = 5−0,7 1001 =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 Polytech'Nice Sophia = −5 8 10010 =−50nA ; V ≈−5V 7 C. PETER – V 3.0 LES DIODES Modèles simplifiés : résistance dynamique nulle diode idéale passante <=> court­circuit bloquée <=> circuit ouvert Polytech'Nice Sophia 8 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~ Polytech'Nice Sophia 9 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 Polytech'Nice Sophia 10 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 Polytech'Nice Sophia 11 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⋅tdt = 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 Polytech'Nice Sophia 12 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 Polytech'Nice Sophia 13 C. PETER – V 3.0 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 Polytech'Nice Sophia 14 C. PETER – V 3.0 LES DIODES valeurs moyennes U R= 1 T = 2 t2 ∫ U R tdt T /2 t 2 U R≈ T = 2 T /2 ∫ 0 1 VM V M sin⋅tdt =2 UR VM 2 I R= = ⋅ R R VM 1 I D= ⋅ R tension inverse maximale aux bornes de D V DRM =−2V M Polytech'Nice Sophia 15 C. PETER – V 3.0 LES DIODES II.1.3 – Redressement à pont de Graetz Polytech'Nice Sophia 16 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 A1V K1=V K2V 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 Polytech'Nice Sophia 17 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 Polytech'Nice Sophia 18 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 Polytech'Nice Sophia 19 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 = Polytech'Nice Sophia 20 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 21 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 → ∞ Polytech'Nice Sophia 22 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 23 C. PETER – V 3.0 LES DIODES II.2.2 – Filtrage inductif rappel : U L =L Polytech'Nice Sophia 24 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 25 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 Zor 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 27 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 28 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 Polytech'Nice Sophia 29 C. PETER – V 3.0
