diode

Université
de CAEN
IUT
1ère Année
La diode,
un composant non-linéaire
• En première approximation : un clapet anti-retour
Anode
Anode
Cathode
P
N
Cathode
Métal
Semiconducteur dopé P
Semiconducteur dopé N
Structure
Symbole
Anode
Cathode
1ère approximation
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
15
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1ère Année
Etats possibles d'une diode
Passante :
Bloquée :
uD ~ 0 et iD > 0
uD < 0 et iD ~ 0
iD > 0
uD < 0
uD > 0
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
iD = 0
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1ère Année
Caractéristique d'une diode idéale
• C'est une courbe typiquement non-linéaire...
Cette approximation n'est valable
que si, à l'état passant, uD est
petite devant les autres tensions du
circuit.
Bloquée
iD (mA)
Passante
u D (V)
Notez toutefois que si nous limitons le domaine considéré à uD < 0 ou à iD > 0, cette courbe
estlocalement linéaire.
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
17
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Sans diode...
• u 2 = R i1
Notez la conversion courant-tension !
u1
u2
i2 = 0
i1
t
Mesures
Physiques
u1
R
Cours d'électronique
u2
t
18
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Avec diode :
Redressement simple alternance 1
• Redressement positif :
u1 > 0 ==> i1 > 0 et u2 = R i1
u2
u1
i2 = 0
i1
t
u1
R
u2
t
u1 < 0 ==> i1 = 0 et u2 = R i1 = 0
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
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Redressement simple alternance 2
• Redressement négatif
u1 > 0 ==> i1 = 0 et u2 = R i1 = 0
u1
u2
i2 = 0
i1
t
u1
R
u2
t
u1 < 0 ==> i1 < 0 et u2 = R i1
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
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1ère Année
Détecteur de crète,
ou redresseur filtré
• Nous souhaitons obtenir une tension continue négative à partir d'une
alimentation alternative :
i2 = 0
u1
u2
i1
t
u1
R
C u2
t
Quand la diode est bloquée, la décharge de C dans R doit être la plus faible possible avant
le retour du signal. Pour parvenir à ce résultat, vous choisirez
RC >> T, la période de u1(t).
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
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Redressement double alternance
• Ce montage "en pont à diodes" permet un meilleur transfert de puissance
vers le signal redressé.
u1
u2
t
Mesures
Physiques
i1
u1
R u2
Cours d'électronique
t
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Conformation de signal 1 : sans diode
• Filtre R-C standard, soumis à un carré de période T ~ RC
u1
i1
t
Mesures
Physiques
u1
R
i2 = 0
C
Cours d'électronique
u2
u2
t
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Conformation de signal 2 : avec diode
• Si, par exemple, nous souhaitons une décharge plus rapide, il suffit de
prendre R1C << RC ~ T
R1 << R
u1
i1
t
Mesures
Physiques
u1
R
i2 = 0
C
Cours d'électronique
u2
u2
t
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1ère Année
Diode réelle
• Une caractéristique exponentielle (donc non-linéaire)
iD(mA)
Diode passante :
iD = IS (e
iD
uD/UT
-1)
uT = 25.8 mV à 300 K
uD
Passante
kB T
uT = qe
-23
kB = 1.38 10 J/K
-19
qe = 1.6 10 C
UA
Bloquée
Avalanche
-If
Mesures
Physiques
uD(V)
UD0
UD0 ~ 600 mV (Si à 300 K)
UD0 ~ 200 mV (Ge à 300 K)
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Linéarisation (polarisation)
d'un composant non-linéaire
• Imposer un point de repos sur la courbe, où celle-ci est quasiment une droite.
iD(mA)
iD
Passante
uD
UD0
RD
Point de
repos
iD
ID
uD
Au voisinage du point de repos
(continu), le composant a un
comportement linéaire.
Il peut être remplacé par son
modèle de Thévenin, dont la
résistance interne est la résistance
dynamique au point de repos (quiet
point).
duD
UT
= RD =
diD
ID
Bloquée
uD(V)
UD
Mesures
Physiques
Cours d'électronique
Pour simplifier, nous
pouvons supposer RD = 0
et/ou UD = UD0
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Zone de charge d'espace
dans une diode bloquée
• Dans les semiconducteurs, les porteurs de charge sont aussi bien des
électrons (e-) que des trous (e+).
Zone de déplétion
Au voisinage d'une jonction, les
électrons envahissent les trous et
toute une zone se retrouve
dépourvue de porteurs libres.
Elle forme une petite capacité.
Dans cette zone règne un fort
champ électrique qui chasse
les porteurs. Ce champ est
encore augmenté par une
polarisation inverse.
Mesures
Physiques
Anode
P
N
Cathode
Métal
Semiconducteur dopé P
Avec trous
Semiconducteur dopé N
Avec électrons
L'extention de la zone de charges (fixes) d'espace de part et d'autre de
l'interface dépend de la différence des dopages.
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