Électronique analogique : Cours d’electronique analogique cours
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ENSPS - 1
ière année. Année universitaire : 2003/2004
Thomas Heiser
Laboratoire PHASE-CNRS
(Physique et Applications des Semiconducteurs)
Campus Cronenbourg
tel: 03 88 10 62 33
mail: heiser@phase.c-strasbourg.fr
http:///~heiser/EA2004/2 Contenu du cours1. Quelques rappels utiles2. Les
Diodes3.
Applicationsdes diodes4.
Le Transistor bipolaire5.
Les Transistors à effet de champ 6.
Rétroaction et amplificateur opérationnel
Bibliographie☛ Traité de l ’électronique analogique et numérique (Vol.1),
Paul Horowitz & Winfield Hill, Elektor,1996☛ Principes d’électronique,
Alberto P. Malvino, McGraw-Hill, 1991☛ Electronique: composants et systèmes d'application
, Thomas L. Floyd, Dunod, 2000☛ Microélectronique
, Jacob Millman, Arvin Grabel, Ediscience International, 1994 3
1. Les bases
1.1 Composants linéaires et loi d’Ohm ... : ✎
Le ”
modèle linéaire
” ne décrit le comportement réel du composant que dans un “
domaine de fonctionnement (linéaire)
” fini.
I V• Résistance électrique = composant linéaire :
V = R I
loi d’OhmV IR •
Généralisation aux circuits en “régime harmonique
” (variation sinusoïdale des tensions et courants) :
() ()()ω ωω IZ V⋅ =() ωω jCZ 1= CL ()ω ωjL Z= composant linéaire :
“impédance” :4 1.2 Source de tension, source de courant : 1.2.1 Sources idéales :I VI oI oV chargeI source de courant
idéale :→ le courant
fourni par la source est indépendant
de la charge
source de tension idéale :V IV oV oV chargeI →
la tension aux bornes de la source est indépendante
de la charge5 V
1.2.2 Sources réelles :I Io source de courant
réelle :→ Le domaine de linéarité défini la “plage de fonctionnement” du composant en tant que source de courant
domaine de fonctionnement linéaire ou “
domaine de linéarité” source de “courant”↔ Ri >> V/I = Ze = “
impédance d’entrée
” de la charge.i oR VI I− =→ oI cstI =≅ ⇒
tant que I >> courant dans la résistance interne i RV ↔schéma équivalent
Schéma équivalent:I oR iV chargeI Ri = “résistance interne”( Gi = 1/Ri = conductance interne)
hyp : V∈ domaine de linéarité6 VI Vo source de tension
réelle :
domaine de linéarité↔ schéma
équivalentV oV chargeI source de “tension”↔ Ri << Ze IR VV io −= →o Vcst V= ≅⇒ tant que la chute de potentiel aux bornes de Ri est faible devant V() VI Ri <<charge VI Vo Ri hyp : V∈ domaine de linéarité
Schéma équivalent:7 Transformation de schéma :➨ selon la valeur de Ze /Ri on parle de source de tension (Ze >>Ri ) ou source de courant (Ze <<Ri )
en fait...≡ “vu” de la chargeV oR iR iI oavec io oR VI =
= “courant de court-circuit” (charge remplacée par un court-circuit)I RV VR VR VR VI Ii oi io io −= →− =− =
puisque [V o
= tension en “circuit ouvert” du dipôle]
Sources liées
Lorsque la tension
(ou le courant) délivrée par une source dépend
de la tension aux bornes d’un des
composants du circuit
ou du courant le parcourant, la source est dite “liée”. Vous verrez des exemples de sources liées dans le cas des transistors.8 1.3 Théorème de Thévenin : ☛
Tout circuit à deux bornes (ou dipôle) linéaire
, constitué de résistances, de sources de tension et de sources de courant est équivalent
à une résistance unique RTh en série avec une source de tension idéale Vth .
Calcul de Vth :() ouvert
circuit !V Vth =() ()() circuit- courtouvert circuit circuit- court! IV IV Rth th= =
Calcul de Rth :V IA B≡ Vth Rth VI = “générateur de Thévenin”A Bou [remplacement des sources de tension non-liées par un fil (Vo =0), et des sources de courant non-liées par un circuit ouvert (Io =0)]AB thR R= en absence
des tensions et courants fournies par les sources non-liées.9 Mesure de R
th : Au multimètre : exceptionnel
... puisqu’il faut remplacer toutes sources non-liées par des court-
circuits ou des circuits ouverts tout en s’assurant que le domaine de linéarité s’étend jusqu’à V=0V. A partir de la mesure de V(I) :I Vmesures pente = - Rth générateur équivalent de ThéveninV th☛ En régime harmonique le théorème de Thévenin se généralise aux impédances complexes.☛ “Générateur de Norton” = source de courant équivalente au générateur de Thévenin ☛R th
= “
impédance de sortie
” du montage.2 thV ↔
méthode de “division moitié”th VV RR IV th! charge2 == =10 2. Les Diodes
2.1 Définition Caractéristique courant-
tension d’une
diode idéale: Id Vd Id Vd sous polarisation “directe ” (Vd ≥0 ), la diode = court-circuit
(i.e. conducteurparfait )
sous polarisation “inverse ” (Vd <0) la diode = circuit ouvert☛ Ce type de composant est utile pour réaliser des
fonctions électroniques
telles que le redressement d’une tension, la mise en forme des signaux (écrêtage, ...).☛
La diode (même idéale) est un composant
non-linéaire ☛
Aujourd’hui la majorité
des diodes sont faites à partir de matériaux semiconducteurs (jonction PN ou diode Schottky, cf cours Capteurs 1A et Option: Physique des dispositifs électrique 2A)11 2.2 Caractéristiques d’une diode réelle à base de Siliciumhyp: régime statique
(tension et courant indépendants du temps)V d-2 -1.5-1 -0.50 0.51 2060100140 Id Is
Pour Vd <0, la diode se comporte comme un bon isolant
: Is ~ 1 pA - 1μA , ➥
la diode est dite “
bloquée”➥ dans ce domaine son comportement est approximativement linéaire➥ le courant “inverse ”,I s ,
augmente avec la température
comportement linéaire Pour Vd >> ~0.7,
le courant augmente
rapidement
avec une
variation
à peu près linéaire➥ la diode est dite “
passante”➥ mais I
d n’est pas proportionnel àV d
(il existe une “
tension seuil”~ Vo )V o12 Vd -2-1.5 -1-0.5 00.5 12060 100140I d − ≅1 expT ds dV VI Iη
Zone « du coude »
: Vd ∈[0,~ Vo ] : augmentation exponentielle
du courant
avec 1≤η≤ 2 (facteur “d’idéalité”)V T
= k • T/e
k =
1,38 10-23 J/K= constante de Boltzmann
e= 1.6 10-19 Coulomb, T
la température en °KelvinI s
= courant inverse ➥
le comportement est fortement non-linéaire➥ forte variation avec la températureV o☛ VT (300K) = 26 mV 13 Zone de claquage inverse
Ordre de grandeur :V max
= quelques dizaines de Volts ✎
peut conduire à la destruction pour une diode non conçue pour fonctionner dans cette zone. ✎V max
= « P.I. V » (Peak Inverse Voltage) ou « P.R.V » (Peak Reverse Voltage)I dV dV max
claquage par effet Zener ou AvalancheV o
Limites de fonctionnement :
Il faut queV dI d=P max Limitation en puissanceV dI d=P max Influence de T :V d
(à Id constant) diminue de ~2mV/°C
diode bloquée: Id =I Sdouble tous les 10°C diode passante: (diode en Si)14 2.3 Diode dans un circuit et droite de charge➪ Id et Vd respectent les Lois de Kirchhoff
2.3.1 Point de fonctionnement➪ Id et Vd sont sur la caractéristique I(V)
du composant Val RL VR Id Id , Vd ,? Comment déterminer la tension aux bornes d’une diode insérée dans un circuit et le courant qui la traverse?V d➪ Au point de fonctionnement
de la diode, (Id ,Vd ) remplissent ces deux conditions15 Val /RL Val « Droite de charge» Id Vd Caractéristique I(V)
2.3.2 Droite de charge Loi de Kirchoff :L dal dR VV I− =→ L
= Droite de charge de la diode dans le circuit ➪
Connaissant Id (Vd ) on peut déterminer graphiquement
le point de fonctionnement ☛
procédure valable quelque soit la caractéristique I(V) du composant !➪ On peut “calculer” le point de fonctionnement en décrivant la diode par un
modèle simplifié.
Q= Point de fonctionnementI QV Q Q16 2.4 Modéles Statiques
à segments linéaires
2.4.1. “Première” approximation: Diode « idéale »↔ On néglige l’écart entre les caractéristiques réelle et idéaleV al >0 I
d Vd Val pente=1/Ri Val < 0I d Vd Val Val Ri I
d Vd Id Vd
pas de tension seuil conducteur parfait sous polarisation directe Vd <0: circuit ouvert
diode “bloquée”0 <⇔ dV ald dV VI == ,0 Val Ri
Schémas équivalents : Val Ri 0, == di ald VR VI diode “passante”0 ≥⇔ dI ↔↔ ↔↔ hyp:I d
, Vd constants17 2.4.2 Seconde approximationI d Vd Id Vd
tension seuilV o
non nulle caractéristique directe verticale (pas de “résistance série”) Vd <0: circuit ouvertI d Vo Val Ri Vo schémas équivalents :
diode “passante”0 ≥⇔ dI Val Ri Val <V oV dV alo di oal dV VR VV I= −= ,
diode “bloquée”o dV V
<⇔ ald dV VI == ,0 Val Ri
Schémas équivalents V
al >V oI d Vd Val pente=1/Ri Vo ☛
Pour une diode en Si: Vo ≈≈ ≈≈ 0,6-0,7 V18 2.4.3 3
ième ApproximationI dV d tension seuilV o
non nulle résistance directe Rf non nulle Vd <0: résistanceR r finieV d1 Vo Modélisation
pente = 1/Rf pente = 1/Rr ~0
Caractéristique réelle
-2 -1.5 -1 -0.5 0
0.5 1 Schémas équivalents I
d Vd Val pente=1/Ri Vo Val >V o: Val Ri I
d Vd Val Rr diode bloquéeV al
<V o: od VV <⇔ Val Ri diode passanteV oR f
schémas équivalents :o dd VV I≥ ≥⇔ et 0d fo dI RV V+ =→ Vd Id ☛
Pour une diode en silicium, Vo = 0,6-0.7V, R
f ~ q.q. 10Ω, Rr >> MΩ, 19
Remarques : dd fI VR ≠ Le choix du modèle dépend de la précision requise. Les effets secondaires
(influence de la température, non-linéarité de la caractéristique inverse, ....) sont pris en compte par des modèles plus évolués(modèles utilisés dans les simulateurs de circuit de type SPICE).20 2.4.4 Calcul
du point de fonctionnement via l’utilisation des
schémas équivalents: Problème:
le schéma dépend de l’état
(passante ou bloquée) de la diode. Démarche (pour débutant...)
: a) choisirun schéma
(ou état) en vous aidant de la droite de charge
b) trouver
le point de fonctionnement Q de la diode
c) vérifier la cohérence du résultat avec l’
hypothèse de départ
S’il y a contradiction
, il y a eu erreur sur l’état supposé de la diode. Recommencer le calcul avec l’
autre schéma. Démarche pour étudiants confirmés...
Un coup d’œil attentif suffit pour trouver l’état (passant/bloqué) de la diode !Le calcul de Q se fait tout de suite avec le bon schéma équivalent...21 Exemple : Calcul de Q du circuit suivant, en utilisant la 3ième approximation pour la diode.V al = 5VR L= 1k
Ω >5V 1kΩ Vo Rf Vd >I dmA RR VV IL fo ald 33, 4= +− =→ LV IR VV df od 66, 0
et =+ =
hypothèse initiale :
diode passante
Informations sur la diode:Vo = 0.6V (↔ Si)R f
= 15
Ω Rr =1 M
Ω [↔ Vd >V
o , (Id >0)] OK!
En partant de l’hypothèse d’une diode bloquée:K od VV V
>≈ →5 En utilisant la 2ième approximation
: (Rf = 0, Rr = ∞) VV mAI dd 6, 0
et 4, 4= =→ L➨ La 2ième approx. est souvent suffisante pour une étude rapide
du fonctionnemnt d’un circuit 22
Autres exemples :v sortiev entréeR 1
= 1kΩ Vref =2V• avecv entrée
signal basse fréquence telque le modèle statique reste
valable (période du signal < temps de réponse de la diode ↔
pas d’effet “capacitif” ou )
Etude du signal de sortie
en fonction de l’amplitude du signal d’entrée: •
à fréquence nulle :v entrée
= Ve (constant)2) 1)V al50 Ω1M Ω
Calcul de Id et Vd pour :a) Val = -5V
b) Val = 5V
Caractéristiques des diodes :Rf = 30Ω , Vo =
0.6V, Is =0 et RR infinie
Conseil: simplifier le circuit d’abord avant de vous lancer dans des calculs23 V
o a) V
1 = V2 = 5V Déterminer Vs ,V
D1 et V
D2 pour :
b) V
1 = 5VV 2
= 0V
c) V
1 = 0VV 2
= 0V
Caractéristiques des diodes :Rf = 30Ω , Vo =
0.6V, Is =0 et RR infinieV1 V2R270 R270D1 D2V s3) 2V4.7k 24
2.5 Comportement dynamique
d ’une diode2.5.1 Prélude :
Analyse statique / dynamique d’un circuit L’ Analyse dynamique
... ne concerne que les composantes variables des tensions et courants (ou “signaux ” électriques, ou
encore composantes alternatives (AC) ) ☛
n’a d’intérêt que s’il y a des sources variables!
L’ Analyse statique
... se limite au calcul des
valeurs moyennes
des grandeurs électriques (ou composantes continues
, ou encore composantes statiques)☛ = Analyse complète du circuit si seules des sources statiques sont présentes
Notation :lettres majuscules pour les composantes continues
lettres minuscules
pour les composantes variables 25
Illustration :
Etude la tension aux bornes d’un composant inséré dans un circuit.R 1R 2V(t) Ve ve ()() []() tv RR RV RR Rt vV RR Rt Ve ee e2 12 21 22 12 ++ += ++ =
Calcul completV v(t)➨ Analyse statique :? "" )( == Vt V➨ Analyse dynamique : () ()? =− =V tV tv hypothèses: ve = signal sinusoïdaleV e
= source statique26 Par le principe de superposition :☛ Comme tous les composants sont linéaires
, le principe de superposition s’applique➨ la source statique Ve est à l’origine de V , etv e
est à l’origine dev Ve R1 R2 V
Analyse statique: “schéma statique
” du circuitv e
= 0e VR RR V2 12 += Analyse dynamique: Ve = 0() ()t vR RR tv e2 12 += ve R1 R2 “schéma dynamique” v☛ Une
source de tension statique
correspond à un “
court-circuit dynamique” 27
Autres exemples:v eI oR 1R 2R 3
V(t)=V+v(t)☛ Une source de courant statique est équivalent
en régime dynamique
à un circuit ouvert. [puisquei(t)=0! ] 1)o IR RR RR V3 21 31 ++ =
Schéma statiqueI oR 1R 2R 3V Schéma dynamiquev eR 1R 2R 3v ()() 32 13 RR Rt vR tv e+ += 282) V(t)v gω Rg Val R1 R2 C
Schéma statique: alV RR RV 21 2+ =→ à fréquence nulleC = circuit ouvert ☛C = composant linéaire
caractérisé par une impédance qui dépend de la fréquence du signalV Val R1 R2 29
Schéma dynamique :v vg ωR gR 1R 2
schéma équivalent dynamiqueg ZR RR Rv += →1 21 2// //ω iCR Zg g1 avec+ =
pour ω
suffisamment élevée : gg vR RR RR v+ =1 21 2// //ω iCZ c1 =Z Cg gR Z≈ et☛ A “haute” fréquence (à préciser suivant le cas), le condensateur peut être remplacé par un court-circuit.30 ☛
Le principe de superposition n’est plusvalable en présence de composants non-linéaires !
Extrapolations possibles: le point de fonctionnement reste dans un des
domaines de linéarité du composant non-
linéairel’ amplitude du signal est suffisamment faible pour que le comportement du composant reste approximativement linéaire. 31
2.5.2 Fonctionnement d’une diode dans un de ses domaines de linéarité (D.L.) :V d1 Vo -2 -1.5 -1 -0.5 0
0.5 1I d
D.L. “direct”
D.L. “inverse”
Tant que le pt. de fonctionnement reste dans le D.L.
la diode peut être décrite par le modèle linéaire approprié☛ le point de fonctionnement reste dans le D.L. direct☛ la diode peut être remplacée par le modèle linéaire suivant :0,6V 10 ΩExemple :5V 100Ω 1kΩ ()t ⋅⋅ ⋅π 2100 sin5 ,0 diode: Si, Rf = 10
Ω , Vo = 0,6V V(t)32 Schéma statique: 5V100 Ω1k Ω10 Ω0,6V V = ... = 4,6V Schéma dynamique: 100Ω 10Ω 1kΩ ()t ve ⋅⋅ ⋅= π2 100sin 45, 0() t⋅ ⋅⋅ π2 100sin 5, 0☛ ATTENTION, l’utilisation des modèles à segments linéaires n’est plus valable si le point de fonctionnement passe dans la zone du coude représente la diode seulement si le pt de fonctionnement reste dans le D.L. sous polarisation directe33
Variations de
faible amplitude
autour du point de fonctionnement statique Q :➨ la caractéristique Id (Vd )
peut être approximée par la tangente en Q➪ dQ dd dv dVdI i⋅ ≅➪ schéma équivalent
dynamique
correspondant au point Q : ≡1 −Q dd dVdI = “
résistance dynamique
” de la diodeI dV dV oQ Qd ddV dI
pente :Q dI Qd V2|i d| 2| v|
2.5.3 Modèle faibles signaux (basses fréquences)☛ Ce schéma ne peut être utilisé QUE pour une analyse dynamique
du circuit !
hypothèse:
variation suffisamment lente (basse fréquence) pour que la caractéristique “statique” reste valable.34
Notation :r f= = résistance dynamique pour Vd Q
> 0r r= = résistance dynamique pour Vd Q
< 01 0− >d Vd ddV dI1 0− <d Vd ddV dI☛ à température ambiante : ()() 125 =Ω ≈η mAI rd f➨ Pour Vd >> Vo , rf ≈R f➨ Pour Vd < 0 , rf ≈R r ➨
Pour Vd ∈
[0, ~Vo ] , dT sV Vs dV dd fI VI eI dVd dVdI rT dd ηη = − ≅= −− 11 ☛
proche de Vo la caractéristique I(V) s’écarte de la loi exponentielle➥ rf ne devient jamais inférieur à Rf (voir courbe expérimentale, p11) 35≡ rf ≈R f≡ rr ≈R r
>>MΩ Id Vd QI dV dQ ≡Q dT fI Vr =I dV dQ
Résumé des schémas équivalents faibles signaux, basse fréquence :☛ hyp : la fréquence est suffisamment faible pourquei d
et vd soient en phase→ impédance réelle
(résistance dynamique)36 Exemple :V d(t) Ve v
e Ra 1kΩ C10μF DR b2k Ω5V Analyse statique : VV mAI dd 62, 0, 2, 22000 6, 05 ≈= −≈ diode: Si, Rf = 10
Ω , Vo = 0,6V , Température : 300K
Analyse dynamique : ,12 2, 226 Ω= ≈f r( )t ve ⋅⋅ ⋅= π2 10sin 1, 03 ac RZ <<Ω =16 Schéma dynamique :1k Ωv e 2kΩ ~ 12Ω v( )t v⋅ ⋅⋅ ≈→ −π 210 sin10 2, 13 3➨ Amplitude des
ondulations résiduelles : 1,2 mV37 2.5.4 Réponse fréquentielle des diodes
Limitation à haute fréquence :
Pour des raisons physiques, le courant Id ne peut suivre les variations instantanées de Vd au delà d’une certaine fréquence.➨
apparition d’un déphasage entre Id etV d➨ le modèle dynamique basse fréquence n’est plus valable Le temps de réponse de la diode
dépend :➪ du sens de variation
(passant →
bloqué, bloqué→ passant) (! signaux de grande amplitude)➪ du point de fonctionnement
statique (pour des petites variations)38
Variation de Vd de faible amplitude, sous polarisation directe( Vd Q
>
0) ☛
une petite variation
de Vd induit une grande variation Id , c’est -à-dire des charges qui traversent la diode☛
A haute fréquence, des charges restent “stockées” dans la diode (elle n’arrivent pas à suivre
les variations de Vd )☛ ~ Comportement d’un condensateur, dont la valeur augmente avec I
d (cf physique des composants)
Modèle faible signaux haute fréquence (Vd >0) : TI CQ dd ∝☛ Ordre de grandeur : Cd ~ 40 nF à 1mA, 300K. = “capacité de diffusion”≡ rc rsc ☛
à basse fréquence : rc + rs = rf ☛
la séparation en deux résistances tient mieux compte des phénomènes physiques en jeu.39
Variation de Vd de faible amplitude, sous polarisation inverse (V dQ < 0) : ☛
une variation de Vd entraîne une variation du champ électrique au sein de la diode, qui à son tour déplace les charges électriques.☛
à haute fréquence, ce déplacement donne lieu à un courant mesurable, bien supérieure à Is . ☛
Ce comportement peut encore être modélisé par une capacité électrique :r ro dt VV C− ∝1 Modèle faible signaux haute fréquence (Vd < 0) : = capacité de “transition” ou “déplétion”➪ Ordre de grandeur : ~pF40
Diode en « commutation » : Temps de recouvrement direct et inverse➪ le temps de réponse dépend du courant avant commutation.➪ ordre de grandeur : ps→ ns
Le temps de réponse fini
de la diode s’observe aussi en «
mode impulsionnel
», lorsque la diode bascule d’un état passant vers un état bloqué et vice-versa. Vd Vg RV oV gt -VR VQ temps de réponse- VR Vd Vo Id (VQ -Vo )/R-V R/R 41
2.6 Quelques diodes spéciales
Ordre de grandeur : V
Z ~1-100 V , Imin ~0,01- 0,1mA, Pmax ↔
régime de fonctionnement☛ Diode conçue pour fonctionner
dans la zone de claquage inverse
, caractérisée par une tension seuil négative ou «
tension Zener
» (VZ )
2.6.1 Diode Zener Id Vd -V
z -Imin -Imax
CaractéristiquesV Z: tension Zener (par définition: VZ >0)I min: courant minimal (en valeur absolue) au delà duquel commence le domaine linéaire “Zener”I max: courant max. supporté par la diode
(puissance max:P max~V ZI max) R
Z :
“résistance Zener” = zd VV dd dVdI <
ex: 1N75942 Id Vd -V
z -Imin -Imax ➪
Modèle statique :
pente 1/Rz
schémas équivalents
hyp : Q∈ domaine ZenerQ ≡V zV dI d+ Rz ➪
Modèle dynamique
, basses fréquences, faibles signaux : zQ dd zR dVdI r≅ =− 1
pour |I d
| >Imin 43
2.6.2 Diode tunnel➪ Exploite l’effet tunnel à travers la jonction PN (cf. Mécanique quantique)1 !
>+ =f gs rR Rv v
Illustration
: Le pont diviseur comme amplificateurV pol
fixe Q
dans la partie décroissante de I(V)V polv sR vg ☛
Cet type d’amplificateur est peu utilisé parce qu’on peut faire mieux...➪ rf négative
, utile pour les circuits résonnantsQ IV
Caractéristique I(V): 44
2.6.3 Diode électroluminescente (ou LED) Principe : La circulation du courant provoque la luminescence➪ Fonctionnement sous polarisation directe (V > Vo )➪ L’intensité lumineuse ∝
courant électriqueI d☛ Ne marche pas avec le Si (cf. cours Capteurs)➥ V
o ≠
0.7V ! (AsGa: ~1.3V)45 3. Applications des Diodes
3.1 Limiteur de crête (clipping)
Fonction : Protéger les circuits sensibles (circuits intégrés, amplificateur à grand gain...) contre une tension d’entrée trop élevée ou d’une polarité donnée.
Un aperçu qui sera complété en TD et TP.➪ quand Vg (t)< Vo :g ge ee VR ZZ V+ ≅☛ Protection contre les tensions supérieures à ~1V
Fonctionnement :I dV d=V eV eQ Vo droite de charge➪ quand Vg (t) > Vo = 0.7V :o eV V≅ gg RV Limite d’utilisation :
Puissance maximale tolérée par la diode :g go do RV VI VP 6, 0max max− ⋅≅ ⋅≈ (si Ze >> q.q. Ω) Exemple : clipping parallèle Ve Vg circuit à protéger Rg Ze (diode // charge)46 Clipping série :V e(t) circuit à protéger Ze Vg Rg Fonctionnement :➨ Tant queV g
< Vo , la diode est bloquée et le circuit protégé... ➨
Pour Vg > Vo :➨ Le circuit est protégé contre toute tension inférieure à Vo (en particulier les tensions négatives)() gg ge eg eV VR ZZ VV ≅− ≈+ −≅ 6, 06 ,0 Limite d’utilisation :
Puissance maximale tolérée par la diode :e gg eg gd ZR VZ RV I+ ≈+ −≈ 6, 0max ☛
Comment peut-on modifier le circuit pour protéger la charge contre des tensions positives?47
Protection par diode :➪ V
max<0
~ - 0.7V➪ V
A ≤~20,7V ➪
la conduction de la diode engendre un courant transitoire et diminue la tension inductive.+20V VI +20VL IV
ouverture de l’interrupteur :➪➪ VA →+ ∞➪ risque de décharge électrique à travers l’interrupteur ouvert☛
L’interrupteur pourrait être un transistor...−∞ →= dtdI LV Protection contre une surtension inductiveA 48
Exercices :V gV Rc V1 V2 Rc Dz Vg V(1) (2)(3) Détecteur de fronts de montée RC Rc RC >> T TV Quelle est la forme de V(t) pour chacun des circuits suivants ? 49
3.2 Redressement
Transformer un signal alternatif en tension continue stable(ex: pour l’alimentation d’un appareil en tension continue à partir du secteur)
Objectif:
Redressement simple alternance 220V50HzR cV s7 .0 −≈ mV Vs t
(cf avant)R i
=résistance de sortie du transformateurV m
=amplitude du signal du secondaire
avec filtrage passe-bas :R c
220V50HzR Vs ➪
Le condensateur se charge
à travers R (+R f
)et se décharge
à travers Rc :C RC Rc <<
ondulation résiduelle↔
R, C, fV st ☛
mauvais rendement : la moitié du signal d’entrée n’est pas exploitée50 Redressement double alternace (pont de Graetz)D 1D 2D 3D 4R Rc
Fonctionnement Vi Vs Vi tV s
, VV i4 .1 <~1.4V ➪
quand Vi > ~1.4V
: D1 et D
4 = passants
, D
2 etD 3
= bloquées
Parcours du courant :➪ quand Vi < ~ -1.4V
: D1 et D
4 = bloquées
, D
2 etD 3
= passantes
Parcours du courant : 51
avec filtrage :
avec condensateursans condensateurV sD 1D 2D 3D 4R Vs 50 ΩR c=10kΩ Vi 200μF➪ Ondulation résiduelle réduite52 Courant transitoire
de mise sous tension :➪ Diodes de puissance✎ Les 4 diodes du pont de Graetz existe sous forme d’un composant unique (ou discret)☛ C est initialement déchargé ↔V C≈ 0 ➨I d
peut devenir trop élevé➪ I
dmax dépend de Ret C RV Ii d4 ,1 max− →I D2[ Vm =10V]V sV secondaire(mA) 204060 régime transitoire53 Autres configurations possibles :☛ mauvais rendement, puisqu’à chaque instant seule la moitié du bobinage