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FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 1 de 19 CHAPITRE

FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 1 de 19 CHAPITRE III: DIODES LA THEORIE, LA CONSTRUCTION ET LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES DIODES La construction physique de la diode : L’étude des composants électroniques est synonyme à l’étude des composants à semi-conducteur. La compréhension des circuits électroniques requiert une certaine base mathématique car le comportement de ces circuits nécessite l’utilisation des équations. Définition : Diode = DI et ODE DI = Deux et ODE = ElectrODE Construction : Une diode est fabriquée à partir d’une jonction p et n. Les 2 différents types de semi-conducteurs mis ensemble, par un procédé de fabrication bien spécifique « par exemple de diffusion », créent une transition à travers le mono cristal. À la jonction, il y a formation d’une région/zone ou d’une couche appelée : COUCHE D’APPAUVRISSEMENT ou DE DÉPLÉTION FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 2 de 19 Fabrication d’une jonction pn : Le symbole de la diode : A C Diode réelle A = Anode (type p) C = Cathode (type n) V D = V A - V C = Tension aux bornes de la diode I D = Courant positif circulant dans la diode La jonction pn, la zone (ou couche) de déplétion (ou d’appauvrissement), le potentiel de contact (ou barrière de potentiel) et la diode sans polarisation (la diode non polarisée ou en circuit ouvert) FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 3 de 19 Définition : Lorsque aucune tension n’est appliquée à la diode  DIODE SANS POLARISATION OU DIODE NON POLARISÉE OU DIODE EN CIRCUIT OUVERT. La diode avec polarisation directe (la diode en polarisation directe ou avant) et le courant direct Définition : Lorsque une tension positive v D = (v A - v C ) est appliquée à la diode (v A > v C )  DIODE AVEC POLARISATION DIRECTE OU DIODE EN POLARISATION DIRECTE OU EN AVANT. FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 4 de 19 La diode avec polarisation inverse (la diode en polarisation inverse) et le courant inverse Définition : Lorsque une tension négative v D = (v A - v C ) est appliquée à la diode (v A< v C )  DIODE AVEC POLARISATION INVERSE OU DIODE EN POLARISATION INVERSE. FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 5 de 19 LES CARACTÉRISTIQUES : 3.1.1. L’équation de la diode (la convention) : Convention: i D(t) = I D + i d (t) ou i D = I D + i d v D(t) = V D + v d (t) ou v D = V D + v d Courant total = courant DC + courant variant dans le temps Tension totale = tension DC + tension variant dans le temps. Équation : i D = Is(e ) nV /( ) v ( T D -1) où n = constante empirique n = 1 pour Ge n = 1.3 à 1.6 pour Si V T = KT/q~ Température V T ~ 25 mV @ 25oC. Note : *La probabilité que les porteurs majoritaires aient suffisamment d’énergie pour traverser la barrière de potentiel = Is(e ) nV /( ) v ( T D ). FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 6 de 19 3.1.2. La courbe courant - tension de la diode : Courbe tension - courant de la forme exponentielle (non linéaire). La diode, un élément non linéaire La diode est un élément non linéaire car la courbe tension - courant n’est pas une droite mais a la forme exponentielle. La région directe, la région inverse et la région de claquage Nous remarquons 3 régions sur la courbe : FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 7 de 19 -Région (Polarisation) Directe : Pour une PETITE TENSION POSITIVE aux bornes de la diode, un GRAND COURANT peut circuler dans le sens direct [Is (e ) nV /( ) v ( T D )]. -Région (Polarisation) Inverse : Pour une TENSION NÉGATIVE MODÉRÉE aux bornes de la diode, un COURANT TRÈS FAIBLE circule dans le sens inverse [Is]. -Région de cassure : Pour une TENSION NÉGATIVE ÉLEVÉE aux bornes de la diode, la diode commence à conduire avec un GRAND COURANT dans le sens inverse. L’effet de la température sur la diode : FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 8 de 19 Vo (T n ) – Vo (T o ) = K v . (T n - T o ) K v = -2.5 mV/oC pour le Ge K v = -2 mV/oC pour le Si. Is (T n ) = Is (T o ).exp [K i . (T n - T o )] I direct en mA I inverse en A FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 9 de 19 K i = 0.15 mA/oC pour le Si Entre 25 et 100 C  Is (T n ) ~ double pour chaque 10 degré C Notes : *Avec l’augmentation de température, dans la zone de polarisation directe, la diode se rapproche plus à la diode idéale (Vo diminue). *Avec l’augmentation de température, dans la zone de polarisation inverse, la diode a une tension V R plus élevée. Le but de la polarisation de la diode, le point d’opération et la droite de charge But : Nous remarquons que la courbe courant - tension de la diode n’est pas linéaire. Donc la diode peut être représentée par différentes valeurs de résistances dépendamment du point où on se situe sur la courbe. Exemple : FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 10 de 19 I D = 2 mA et V D = 0.5 V R D = 250  I D = 20 mA et V D = 0.8 V R D = 40  I D = Is = 1 A et V D = -10 V R D = 10 M Point d’opération: Pour s’assurer que la diode fonctionne à un point bien défini sur la courbe, il faut polariser la diode avec une tension et un courant continus. Cette polarisation détermine le POINT D’OPÉRATION (Q) ou le POINT DE FONCTIONNEMENT de la diode (à ce point la résistance peut être clairement définie). Droite de charge : FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 11 de 19 Pour appliquer une tension aux bornes de la diode, on ajoute une résistance en série avec celle-ci (qui peut aussi bien être la charge) pour garder le courant direct maximal inférieur au courant limite de la diode (I DIRECT>I MAXIMAL détérioration de la diode). Exemple : LKT V DD - R . I D - V D = 0 où V DD = E I D = (V DD - V D)/R C’est une droite passant par V DD/ R pour V D = 0 V DD pour I D = 0 Cette droite s’appelle la DROITE DE CHARGE. FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 12 de 19 L’intersection ou le point commun de la DROITE DE CHARGE avec la courbe courant - tension de la diode Is (e ) nV /( ) V ( T D ) permettra de déterminer le POINT D’OPÉRATION (Q) ou la solution commune (détermination du courant I D et de la tension V D exacts de la diode dans le circuit). Un raisonnement identique de polarisation sera utilisé pour les transistors, dans les chapitres qui vont suivre. “Quiescent” FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 13 de 19 La résistance statique, dynamique et moyenne de la diode : La résistance statique ou DC : La résistance statique est définie à un point d’opération donné lorsque la diode est polarisée en DC (courant continu). R D = D D I V (au point Q) = DQ DQ I V Notes : *D’après la courbe de la diode, pour des petits courants, R D est grande. * R D dépend du point d’opération. La résistance dynamique ou AC: Lorsque la tension appliquée sur la diode varie en fonction du temps, le courant varie en fonction du temps. Donc la valeur de la résistance varie aussi en fonction du temps. Par ce fait, la résistance dynamique définie le changement du courant pour un changement de tension donnée. r d = d d i v   (au point Q) = l’inverse de la pente au point Q FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 14 de 19 FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 15 de 19 Exemple : R D = D D I V au point Q r d = d d i v   au point Q a) Au point d’opération de (2 mA / 0.7 V) FST Électronique Lineaire H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 16 de 19 R D = D D I V R D = 350  r d = d d i v   v d = 0.76 – uploads/Litterature/ ch3-presentation-1-1.pdf