Ce document est destiné aux étudiants universitaires en électronique souhaitant maîtriser l'analyse des circuits à diodes. Il propose une série d'exercices corrigés couvrant les fondamentaux et des applications plus avancées.
Les notions essentielles explorées sont :
- Le calcul des courants et tensions en présence de diodes.
- L'identification des états de conduction (passante/bloquée).
- L'application des théorèmes de Thévenin et de superposition.
- La conception de fonctions logiques simples.
Une FAQ complète ces exercices en clarifiant les concepts clés.
Électronique analogique : Exercices corriges diode
Télécharger PDFExercice 1
Calculer le courant I pour les schémas suivants :
a.
La diode est passante. Cela signifie qu'elle conduit le courant. (La loi de maille s'appliquerait pour déterminer I si des valeurs étaient fournies pour la résistance et la source de tension.)
b.
E = 10V, VD = 0,6V, R = 1kΩ.
La diode est bloquée, donc I = 0A.
Exercice 2
Considérons les schémas suivants :
VD = 0,7V, R1 = R2 = 1kΩ.
E = 5V, calculer la tension aux bornes de R2 (UR2).
Pour cette configuration, nous analysons deux cas possibles :
a. La diode n'est pas passante (polarisation inverse) : UR2 = E × R2 / (R1 + R2) = 5V × 1 / (1+1) = 2,5V.
b. La diode est passante (polarisation directe) : UR2 = -VD = -0,7V.
On remplace le générateur de tension continue E par un générateur de tension alternative : e(t) = 5V sin(2πt / T) avec T = 20ms. Déterminer la tension aux bornes de R2 (UR2).
- Pour : e(t) ≥ 0, la diode n'est pas passante et UR2 = e(t) × R2 /(R1 + R2) = 5V sin(2πt / T) × 1/(1+1) = 2,5V sin(2πt / T).
- Pour : e(t) < -0,7V, la diode est passante. UR2 = -VD = -0,7V.
- Pour : -0,7V ≤ e(t) < 0, la diode n'est pas passante. UR2 = e(t) × R2 / (R1 + R2) = 2,5V sin(2πt / T).
Exercice 3
Pour le montage suivant : e(t) = 5V sin(2πt / T) avec T = 20ms, R1 = R2 = 1kΩ, VD1 = VD2 = 0,6V. Déterminer la tension aux bornes de R2 (UR2).
- Pour : e(t) ≥ 0,6V, la diode D1 est passante et la diode D2 est bloquée. UR2 = VD1 = 0,6V.
- Pour : e(t) < -0,6V, la diode D2 est passante et la diode D1 est bloquée. UR2 = -VD2 = -0,6V.
- Pour : -0,6V ≤ e(t) < 0,6V, les diodes ne sont pas passantes et UR2 = e(t) × R2 /(R1 + R2) = 2,5V sin(2πt / T).
Exercice 4
Pour le montage suivant : R1 = 2kΩ, R2 = 1kΩ, R3 = 2kΩ. Calculer le courant I et la tension UR3 aux bornes de R3, dans les cas suivants : E = +5V et E = 1,5V (VD = 0,6V).
Nous utilisons le théorème de Thévenin pour simplifier le schéma. Le théorème de Thévenin permet de remplacer une partie linéaire d'un circuit par un générateur de tension équivalent (ETH) en série avec une résistance équivalente (RTH).
E = 5V
La diode est passante (ETH > VD = 0,6V).
I = (ETH - VD) / (RTH + R3) = (5V/3 - 0,6V) / (2/3 + 2)kΩ = 0,64mA.
UR3 = (ETH - VD) × R3 / (RTH + R3) = (5V/3 - 0,6V) × 2 / (2/3 + 2) = 1,28V.
E = 1,5V
La diode n'est pas passante (ETH < VD = 0,6V). I = 0A et UR3 = 0V.
Exercice 5
Soit le montage suivant.
Calculer Us lorsque la diode est bloquée.
Lorsque la diode est bloquée, le courant IR1 est nul (IR1 = 0A) et UR1 = 0V. Ainsi, Us = Ue - UR1, ce qui donne Us = Ue.
Quelle est la tension minimale d'entrée (Uemin) pour que la diode conduise ?
Ue = UR1 + Us = UR1 + VD + UR3.
UR3 = Vcc × R3 / (R2 + R3) = 2Vcc / 3.
La tension minimale d'entrée (Uemin) pour que la diode conduise est obtenue lorsque le courant dans la diode D est négligeable (UR1 = 0V). Dans ce cas, Uemin = VD + 2Vcc / 3.
Si Ue = 10V, Vcc = 5V et VD = 0,6V :
Calculer UR3 (utiliser le théorème de superposition).
Cas 1 : Ue = 0V et Vcc = 5V. UR3' = 2Vcc / 3 = 10V / 3 ≈ 3,33V.
Cas 2 : Ue = 10V et Vcc = 0V (R2 // R3).
UR3'' = (Ue - VD) × (R2 // R3) / (R1 + R2 // R3).
Avec R2 // R3 = (R2 × R3) / (R2 + R3).
UR3'' = (10V – 0,6V) × (2/3) / (2 + 2/3) = 9,4V × (1/4) = 2,35V.
UR3 = UR3' + UR3'' = (10V / 3) + 2,35V ≈ 3,33V + 2,35V = 5,68V.
Calculer Us.
Us = UR3 + VD = 5,68V + 0,6V = 6,28V.
Exercice 6
E1 = 30V, E2 = 10V, E3 = 15V, E = 10V, R = 20Ω.
Montrer qu'une seule des trois diodes est passante et préciser laquelle.
Lorsque D1 conduit, VK = E1 – VD = 30V – 0,6V = 29,4V.
E2 - VK = 10V - 29,4V = -19,4V, donc D2 est bloquée.
E3 - VK = 15V - 29,4V = -14,4V, donc D3 est bloquée.
Ainsi, seule la diode D1 est passante.
Déterminer l'intensité dans la résistance R ainsi que les tensions UD1, UD2 et UD3 aux bornes des diodes.
IR = (VK – E) / R = 19,4V / 20Ω = 0,97A.
La diode D1 conduit, donc UD1 = 0,6V.
UD2 = E2 - VK = -19,4V.
UD3 = E3 - VK = -14,4V.
Exercice 7
E = 5V, R1 = 10kΩ, R2 = 100kΩ et VD = 0,6V. V1 et V2 sont des tensions égales à 0V ou 5V.
Déterminer l'état des diodes et calculer les valeurs des tensions VD1, VD2, Vs dans chacun des cas suivants :
a) V1 = 0V et V2 = 0V
Les deux diodes conduisent, ce qui implique Vs = VD1 = VD2 = 0,6V.
b) V1 = 5V et V2 = 0V
D2 conduit : Vs = VD2 = 0,6V.
D1 est bloquée : VD1 = Vs – V1 = 0,6V - 5V = - 4,4V.
c) V1 = 0V et V2 = 5V
D1 conduit : Vs = VD1 = 0,6V.
D2 est bloquée : VD2 = Vs – V2 = 0,6V - 5V = - 4,4V.
d) V1 = 5V et V2 = 5V
D1 et D2 sont bloquées : Vs = 4,54V.
VD1 = Vs – V1 = 4,54V – 5V = - 0,46V.
VD2 = Vs – V2 = 4,54V – 5V = - 0,46V.
En supposant que l'on attribue le niveau logique 0 à des tensions comprises entre 0V et 0,8V et le niveau logique 1 à des tensions comprises entre 3V et 5V, donner la table de vérité de ce montage.
| V1 (V) | V2 (V) | Vs (V) | V1 (Logique) | V2 (Logique) | Vs (Logique) |
|---|---|---|---|---|---|
| 0V | 0V | 0,6V | 0 | 0 | 0 |
| 0V | 5V | 0,6V | 0 | 1 | 0 |
| 5V | 0V | 0,6V | 1 | 0 | 0 |
| 5V | 5V | 4,54V | 1 | 1 | 1 |
Quelle est la fonction logique réalisée ?
La fonction logique réalisée est la fonction ET (AND logique).
Foire aux questions (FAQ)
Qu'est-ce qu'une diode et comment fonctionne-t-elle ?
Une diode est un composant électronique semi-conducteur qui permet au courant électrique de circuler dans une seule direction. Elle agit comme un clapet anti-retour pour l'électricité, bloquant le courant dans un sens (polarisation inverse) et le laissant passer dans l'autre (polarisation directe), une fois qu'une certaine tension de seuil (VD) est atteinte.
Quand dit-on qu'une diode est passante ou bloquée ?
Une diode est dite "passante" (ou polarisée en direct) lorsque la tension à son anode est supérieure à celle de sa cathode d'au moins sa tension de seuil (VD). Dans ce cas, elle se comporte comme un interrupteur fermé, laissant passer le courant. Elle est dite "bloquée" (ou polarisée en inverse) lorsque la tension à son anode est inférieure à celle de sa cathode, se comportant alors comme un interrupteur ouvert qui empêche le passage du courant.
Quel est l'intérêt du théorème de superposition dans l'analyse de circuits à diodes ?
Le théorème de superposition permet d'analyser un circuit contenant plusieurs sources de tension ou de courant en considérant l'effet de chaque source individuellement, puis en additionnant les résultats pour obtenir la réponse totale. Dans les circuits à diodes, il est utilisé avec précaution car les diodes sont des éléments non linéaires dont l'état (passant ou bloqué) dépend de la polarisation globale. Il est souvent appliqué en supposant un état de diode, puis en vérifiant la cohérence de cette hypothèse.