CH Iii - Diodes [PDF]

Zitiervorschau

CHIII : DIODES 1. Diode à jonction 1-1 Définition La diode à jonction PN est un composant électronique formé par la succession électrode métallique appelée Anode (A) - Semiconducteur de type P - Semiconducteur de type N - électrode métallique appelée cathode (K). Il permet la circulation d'un courant dans un seul sens dit direct. ID

D cathode

anode

A

K

A

K

VAK = VD

Fig.1 Symboles

1-2 Caractéristique Le fonctionnement de la diode à jonction est basé sur celui de la jonction PN. Il est décrit par sa caractéristique courant - tension. IAK= ID

UBR ou VZ U0

VAK = VD

zone de claquage

caractéristique inverse

caractéristique directe

Fig.2 Caractéristique réelle ID = f(VD)

Remarque : La diode à jonction n'est pas un dipôle linéaire. Elle est non-symétrique donc polarisée.

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1-3 Polarisation Comme la jonction PN, la diode à jonction peut être polarisée en direct comme en inverse : • elle est polarisée en direct si VD ˃ 0 Dans ce cas, elle est passante et traversée par un courant ID ˃ 0. • elle est polarisée en inverse si VD < 0 Elle est traversée par un courant de saturation négligeable. Elle est donc bloquée. 1-4 Modèles Un modèle en physique est une représentation simplifiée d'un phénomène complexe afin de faciliter son analyse. La diode étant un dipôle non linéaire, son analyse dans un circuit est très souvent complexe. Suivant les besoins, on adoptera les modèles suivants : • le modèle de la diode idéale, • le modèle de la diode à seuil, • et le modèle linéarisé ou dynamique. 1-4-1 Modèle idéal C'est le modèle le plus simple mais aussi le moins précis. La diode se comporte comme un interrupteur : o fermé en polarisation directe, o ouvert en polarisation inverse. IAK A

VAK = 0 A

VAK = VD VAK < 0

Fig.3 Caractéristique ID = f(VD) de la diode idéale

1-4-2 Modèle à seuil En direct, la diode est équivalente à une source idéale de f.é.m U0. En inverse, elle est considérée comme un circuit ouvert. CHAP III ELA

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VAK = U0 IAK A

A

U0

U0

VAK = VD

VAK < 0

Fig.4 Caractéristique ID = f(VD) de la diode à seuil

1-4-3 Modèle linéarisé En direct, la diode est équivalente à un générateur de Thévenin de f.é.m. U0 et de résistance rD, résistance dynamique moyenne de celle-ci. En inverse, elle est considérée comme un circuit ouvert. VAK ˃ 0 IAK A

U0

A

rD

U0

VAK = VD

VAK < 0

Fig.5 Caractéristique ID = f(VD) du modèle dynamique

Exercices d'application Exercice I On considère le montage ci-après dans lequel les diodes sont supposées idéales puis à seuil et R1=1KΩ, R2=100KΩ. Pour chacun des cas suivants, E=5V et E=-5V : CHAP III ELA

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1 - Donner l'état des diodes. 2 - Calculer les courants I1 et I2 traversant respectivement R1 et R2.

D2

R1 E

D1

R2

Exercice II Soit le montage ci-après où E = 6V ; R1 =220Ω ; R2=460Ω. Calculer le courant ID et les tensions VR1 et VR2 aux bornes de R1 et R2 pour les cas suivants : - Cas 1 : la diode est supposée idéale, - Cas 2 : la diode est supposée à seuil V0=0,6V, - Cas 3 : la diode est supposée à seuil V0 avec une résistance dynamique rD=1Ω.

R1 E

R2

D

2. Types de diodes Il existe différents types de diodes dont la diode de redressement, la diode zener, la diode schottky et la diode électroluminescente. 2-1 Diodes de redressement C'est la diode classique à jonction. Les symboles et la caractéristique courant-tension sont similaires à ceux de la diode à jonction. Elle est caractérisée par un courant direct IF élevé et une tension inverse VRRM grande. Exemple : Famille 1N400X, X = 1,...,7 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 IF(A) 1 1 1 1 1 1 1 VRRM(V) 50 100 200 400 600 800 1000 Fig.6 Caractéristiques des diodes 1N400X

Elle est utilisée pour le redressement du secteur et dans les alimentations à découpage.

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2-2 Diode zener C'est une diode à jonction PN spécialement fabriquée pour fonctionner dans sa zone de claquage électrique. En polarisation inverse, elle présente à ses bornes quelque soit le courant qui la traverse, une tension pratiquement constante VZ. En direct, elle conduit comme une diode de redressement.

Fig.7 Symboles de la diode zener

Exemple : BZX85C4V7 Elle est utilisée pour générer une source de tension constante (stabilisateur de tension) ou pour protéger les circuits contre les surtensions. 2-3 Diode schottky Réalisée à partir d'une jonction métal - semiconducteur, cette diode possède un temps de recouvrement inverse quasiment nul. Elle est donc très rapide. Sa tension seuil est de l'ordre de 0,3V.

Fig.8 Symboles de la diode schottky

Exemple : 1N5892 Elle sert à la commutation, à la détection et dans les alimentations à découpage. 2-4 Diode électroluminescente La diode électroluminescente est une diode émettant une radiation électromagnétique lorsqu'elle est polarisée en direct.

Fig.9 Symboles de la DEL

Exemple : TLUR2400 (Del standard rouge) On distingue entre autres : • les diodes émettant dans le visible (Rouge - Vert - Bleu - Orange ...) utilisées dans l'affichage numérique, le téléphone, l'appareillage domestique... • les diodes infrarouges trouvant leur application dans les commandes à distance, la mesure en infrarouge et dans les photocoupleurs.

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Elle ne supporte ni une tension inverse très élevée (VR de 3 à 5V), ni une trop grande intensité directe (IF de 15 à 50mA). IF VF VR Rouge 15 mA 1,6V 5V Verte 15 mA 2V 5V Jaune 15 mA 2,2V 5V Fig.10 Quelques caractéristiques usuelles de DEL

3. Applications des diodes Les diodes sont utilisées dans de nombreuses applications. Parmi celles-ci, on distingue : o le redressement, o la régulation de tension, o l'écrêtage, o et la signalisation et l'affichage. 3-1 Redressement C'est la conversion d'une source de tension alternative en une tension continue. On distingue les redressements mono-alternance et double alternance. Exemples : iD(t)

D

iC(t)

VD1 ie(t)

iD1

iD2

D1

D2

iC(t)

VD(t) v(t)

R

uC(t)

R

v(t)

D3 v(t) = Vm sin ωt

1. Analyser le fonctionnement. 2. Tracer v(t), vD(t) et uC(t).

iD3

VD4

uC(t)

D4 iD4

1. Analyser le fonctionnement. 2. Tracer v(t) et uC(t).

3-2 Régulation de tension C'est la fonction d'un circuit qui permet de fournir une tension constante. Cela est nécessaire lorsque le courant de charge et/ou la tension d'alimentation varient. (Exemple Exercice III TD II) Elle est réalisée par la diode zener en polarisation inverse, qui présente entre cathode et anode, une tension constante égale à sa tension zener Vz (Exemple Exercice III TD II).

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3-3 Ecrêtage Un écrêteur permet d'éliminer une partie du signal d'entrée tout en limitant son amplitude. On distingue les écrêteurss positifs, les négatifs et les mixtes. Exemple R

Les diodes D1 et D2 sont parfaites. On donne : ue=E0sinwt avec E2