Électronique analogique : Chapitre ii la diode et ses applications cours
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Ladiode et ses applications
I.Diode à jonction
1.Schéma électrique
Le coté P est appelé l’anode et le cotéN est appelé la cathode.La flèche du symbole
de la diode pointe dans le sens d’écoulement facile du courantconventionnel.
2.Mode de branchement
Une diode conduit dans les sens passant ou direct lorsque la régionPest soumise à un
potentiel supérieur à celui de la région N. Elle est bloquée dans le cas contraire.
La diode conduit dans le sens passant, par convention le courant et la tension de la diode
seront comptés positivement comme indiqué sur le schéma ci-dessous.
3.Caractéristique expérimentale I(V)
a.Polarisation directeP NA KV AK
<0
Diode bloquéeV AK
>0
Diode passanteV AK
>0, I>0I RA V+ -+ -+ -A KE V(V)I(mA) E0 Tension de coude2 En faisant varier la tension E. on obtient des couples de points expérimentaux (I0 , V0 ) courant
et tension de diode qui sont regroupés dans la courbe I=f(V) qu’on appelle caractéristiqueI(V). La croissance du courant en fonction de la tension est d’abord exponentielle puis tend à
devenir linéaire. Cette déformation est due à la résistancenon négligeable des semi
conducteurs situés de part et d’autre de la zone de charge d’espace.
Sur la caractéristique I(V), on constate la présence d’un seuil de tension à partir duquel la
croissance du courant devient importante. Ce seuil est appelé seuilde redressement ou tension
de coude. Il est généralement défini par l’intersection de la caractéristique rectiligne avec
l’axe des tensions.
Schéma équivalent:
La caractéristique directe de la diode peut être assimilée à une droite qui passe par E0 , la
tension seuil. L’équation de cette droite est donnée par:V AK
= KI + E0 , pour les tensions supérieures à E0 .
K est une constante homogène à une résistance. Cette résistance est la résistance interne de la
diode appelée aussi résistance dynamique.= ∆∆ : la valeur de Rd dépend de I. D’où finalement:VAK = Rd I + E0 .
Conclusion: En polarisation directe, une diode est équivalente à un récepteur de force contre
électromotrice E0 et de résistance interne Rd .
Exercice
Un relevé expérimental sur une diode au silicium a donné le tableau suivant:
1–Tracer la caractéristique de cette diode.
2–Quelle est la valeur de la résistance dynamique Rd pour 0,6 < I(A) < 3?
3–Déterminer la tension de seuil Vs .
4–Donner le schéma équivalent électrique de cette diode dans le sens passantA KR dE 0AK VAK > 0, I > 03 b.Polarisationinverse
La caractéristique I(V) en inverse peut être divisée en 2 parties:
-La 1ere avant le claquage oùle courant croit très lentement avec la tension inverse.
-La 2éme après le claquage où le courant croit très rapidement.
Avant le claquage:
Lacaractéristique est assimilée à une droite qui passe par 0, d’où VAK = Vi = K’Ii où K’ est
une constante homogène à une résistance Ri très grande (M
Ω) d’où: Donc en polarisation inverse avant leclaquage, la diode est équivalente à une
résistanceVi=Ri Ii Aprèsle claquage:
On a de lamêmefaçon: VAK = KIi + E’0 . OùK est uneconstantehomogèneà une résistance
ri avec ri <<Ri , E’0 est donnée par l’intersection de la partie rectiligne avec l’axedes tensions
appelé aussi tension de claquage.
Conclusion: En polarisation inverse après le claquage, la diode est équivalente à un récepteur
de force contre électromotrice E’0 et de résistance interne ri .
4.Droite de charge et point de fonctionnement
Soit le circuit suivant:
Les lois de Kirchoff permettent d’écrire: V+ RI = E, ou encore V = E–RI.V iI i
ClaquageR AV +- +- +- AK EV AKK AI iR iK AI ir iE’ 0A KK AI iV KA
= E’0 +ri Ii R+ -V E4 On obtient unerelation entre la tensionaux bornes de la diode et le courant qui circule dans
cette diode. Cette relation exprime l’équation de la droite de charge.
L’intersection de la droite de charge avec la caractéristique I(V) de la diode est un point P de
coordonnées V0 .I0 . Ce point est appelé point de fonctionnement. Ce point donne la tension et
le courant de la diode lorsque E et R sont fixés.
II.Diodeidéale
Unediode est idéale si elle se comporte comme un court circuit en directet comme un circuit
ouvert en inverse. Il en résulte les conditions de fonctionnement suivantes:
En polarisation directe: V = VAK = 0 et I >0.
En polarisation inverse: V = VAK <0 et Ii = 0.
Sa caractéristique se présente comme suit:
Remarque: une diode idéale se comporte comme un interrupteur. La diode idéale est une
approximation de la diode réelle.
Exemple: sachant que la diode est idéale. Calculerle courant I du circuit suivant:V IE E/RV 0I 0P Point de fonctionnement
Droite decharge VI 0R +- E5 La diode étant polarisée en directe, elle se comporte comme un court circuit et le circuit
devient équivalent à:
La loi de maille donne: E = RII = E/R.
III.Diodezener
La diode zener est une diode à jonction pour laquelle la tension de claquage est connue avec
précision.
La caractéristique I(V) de la diode zener est analogue à celle de la diode à jonction. En
inverse après le claquage, la tension aux bornes de la diode reste pratiquement constante.
Cette propriété de la diode zener fait que les applications de cette diode se font
essentiellement en polarisation inverse.
IV.Applications des diodes
1.Diode zener
a.Stabilisation detension–régulation de tension
La diode zener polarisée en inverse et insérée dans des circuits électriques permet de
maintenir constante la tension à ses bornes même si la tension d’entrée varie fortement.R +- EA K6 UZ reste pratiquement constante même si E varie fortement.
b.Protection contre les surtensions
Lorsqu’on veut limiter la tension entre deux points d’un circuit à une valeur V0 , il suffit de
placer entre ces deux points une diode zener detension UZ0 = V0 .
Si E < UZ0 : tout se passe comme si la diode n’existait pas.
Si E > UZ0 : la tension aux bornes de la diode reste constante et égale à UZ0 .
2.Diode àjonction
a.Redressement d’une simple alternance
Le redressement est l’application essentielle des diodes, le but est d’obtenir un courant ou une
tension unidirectionnel à partir d’un courant ou d’une tension alternative.Lemontage de base
d’un circuit redresseur est:
Le circuit est attaqué par une tension sinusoïdale de la forme e = Emax sin(wt) du fait que la
diode est passante pendant l’alternance positive et bloquée pendant l’alternance négativedu
signal d’entrée, le signal Vs aura la forme suivante:R +- ER CU ZR +- E
Circuit à
protégerA BV 0V se R
D. I.7 b.Filtrage
En branchant un condensateur en parallèle avec R, on peut convertir le signal alternatif
d’entrée à un signal quasi-continu (constant). Cette opération est appelée filtrage.V sr eR D. I.
C