Composants à semi-conducteurs Les diodes

Composants à semi-conducteurs Ivan FRANCOIS
Composants à semi-conducteurs
Les diodes
Composant le plus simple
Très utilisé pour le redressement (conversion AC/DC)
De plus en plus utilisé comme Led (Light Emitting Diode)
1. Description et schéma
Composant à 2 bornes
Anode
Cathode
iAK
A
K
VAK
La diode n'admet de courant que dans le sens A->K
La diode est un composant passif. C'est-à-dire que la diode peut uniquement consommer de
l'énergie.
2. Caractéristique d’une diode
La diode est un composant non-linéaire puisque sa caractéristique
n'est pas une droite.
iAK
iM
Etat
passant
VM
Etat
Bloqué
Eo
VAK
iM: intensité du courant iAK maximal pouvant traverser la diode
VM: tension VAK maximale négative pouvant être appliquée à la diode. En dessous de cette
tension, c’est l’avalanche, la diode est détruite.
Eo: tension de seuil: Eo= VAK lorsque la diode est conductrice
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0,4V < Eo < 0,8V
3. Caractéristique idéale :
Diode passante : iAK>0 et VAK=0,6V
Diode bloquée : iAK=0 et VAK<0,6V
4. Circuit à diode
Ce circuit doit vérifier la loi des mailles
E=VAK+VR = VAK+R.iAK
Soit
iAK =
− VAK + E
R
La diode vérifie l’équation donnée par la caractéristique
Le point de fonctionnement se situe à l’intersection des 2 courbes
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5. Conséquences
Ne jamais appliquer une tension positive seule aux bornes d’une diode. Toujours une
résistance de limitation de courant.
6. Redresseur simple alternance
E<Eo diode bloquée i=0 Vout =0
E>Eo diode passante Vout =E-Eo= E-0,6V soit Vout =E à 0,6V près.
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7. Groupement de diodes
•
Cathodes communes
iD1
V
VD1
•
Anodes communes
iD1
V
iD2
VD2
VD1
iD2
VD2
Si D1 conduit alors
VD1=0
=>VD2=-V
D2 est bloquée et V>0
Si D1 conduit alors
VD1=0
=>VD2=+V
D2 est bloquée et V<0
Si D2 conduit alors
VD2=0 =>VD1=+V
D1 est bloquée et V<0
Si D2 conduit alors
VD2=0 =>VD1=-V
D1 est bloquée et V>0
La diode dont l’anode est au
potentiel le plus élevé conduit
La diode dont la cathode est au
potentiel le plus bas conduit
8. Redresseur à pont de diodes
D1 et D2 cathode communes
Lorsque E>0, Va>Vb => D1 conduit
D3 et D4 anode communes
Lorsque E>0, Va>Vb => D4 conduit
Donc Vout= E
Idem lorsque E<0, Vout=-E
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9. Limiteur de tension (écrêteur)
id = i1 − iL
E − Vd Vd
−
R1
Rl
E
R1 + Rl
id =
− Vd (
)
R1
R1.Rl
id =
ID
E/R1
VTH
E.RL/(R1+RL)
Diode passante: E.RL/(R1+RL)>VTH
E>0,6. (R1+RL)/ RL
VL=0,6V
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VD
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Diode bloquée
E<0,6. (R1+RL)/ RL
VL=E.RL/(RL+R1)
10. Diode Zener
a. Présentation
C’est une diode particulière qui supporte l’avalanche
Anode
Cathode
iAK
A
K
VAK
VBR est la tension d’avalanche. Elle peut être choisie selon le type de diode.
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b. Régulation de tension avec une diode Zéner
Iak=-Id
Vak=Vd=-VL
Iak
VBR
Vak=-VL
-E.RL/(R1+RL)
Point de
fonctionnement
id = i1 − iL
E + Vd Vd
+
id =
R1
Rl
E
R1 + Rl
id =
+ Vd (
)
R1
R1.Rl
E
R1 + Rl
)
Iak = − − Vd (
R1
R1.Rl
Lorsque E augmente, VL est limité à
VBR
REMARQUES :
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La puissance (PZ = UZ.IZ) dissipée dans la diode doit toujours rester inférieure à la puissance
maximale autorisée. VZ varie avec la température et pour certaines applications, il est
nécessaire d’en tenir compte.
Il est possible d’obtenir une stabilisation beaucoup plus efficace en utilisant des montages à
transistors ou des régulateurs tripodes intégrés
11. Photodiode
a. Réseau de caractéristiques
La particularité d'une photodiode est que sa caractéristique courant/tension dépend du flux
lumineux qu'elle reçoit
En l'absence d'éclairement, la caractéristique est celle d'une diode à jonction classique (tracé
noir).
Lorsque le flux augmente, la caractéristique conserve la même forme mais se translate
verticalement, vers les intensités négatives. Le flux incident est donc à l'origine d'un courant
inverse prenant des valeurs d'autant plus grandes que le flux augmente et qui s'ajoute au
courant d'une diode classique
b. Mode de fonctionnement
Lorsque P=I*V >0 la puissance est positive : mode récepteur
Lorsque P=I*V<0 la puissance est négative : mode générateur
L’association de plusieurs photodiodes forme un panneau photovoltaïque (panneau solaire).
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iAK
VAK
Quadrant récepteur :
Mode photoconducteur
Iak.Vak >0
Quadrant générateur :
Mode photovoltaïque
Iak.Vak <0
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