École Nationale d’Ingénieur de Monastir Département de Génie Electrique AU: 2014-2015 Chapitre 2 Les principaux composants et fonctions électroniques ZAIBI. G Chapitre 2 Les princi I – LES DIODES I – 1 – Physique des c La diode à jonction e u or 10 Sni* to View ctions électroniques nique constitué essentiellement d’une jonction P-N qui est la zone très mince d’un monocristal semi-conducteur dans laquelle la conduction passe du type P au type N. 2 – 1 – Physique des composants 1 – 1 – Les semi-conducteurs a / Semi-conducteurs intrinsèques (ou purs) . ?? Ce sont des matériaux qui sont isolants presque parfaits aux rès pentavalents (phosphore) : On obtient un semi-conducteur de type N: les électrons sont les porteurs majoritaires . • En dopant avec des atomes trivalents obtient un semiconducteur de type P. les trous sont les porteurs majoritaires . 4 1-1 —2- Jonction PN 1-1 -2 – Jonction PN a / Jonction non polarisée : Avant d’appliquer une d. d. p extérieure, le déplacement des porteurs majoritaires dans la zone de transition (entre P et N) crée une zone de déplétion vide de tout porteur.
Barrière de potentiel b / Jonction polarisée Si on applique Va: La tension aux bornes de la jonction: ?? Sens direct : VO -Va • Sens inverse : VO + Va • Le courant circulant dans le circuit extérieur sera : la ls( exp(qVa/KT) -1) Où : Is est appelé courant de saturation inverse, q est la charge de l’électron, K est la constante de Boltzmann et T est la température absolue. 10 inverse (de la cathode K vers l’anode A) en fonction de la tension appliquée ? ses bornes • À -VBR, le courant inverse augmente brutalement ; c’est le phénomène de claquage. ?? Pour les diodes de signal, la tension de claquage VAR est comprise entre 30 et 150V suivant le modèle. ZAIËI. G 7 I -2- Caractéristiques d’une diode I – 2 -3 – Limites d’utilisation des diodes La principale cause de destruction d’une jonction est l’échauffement exagéré. L’élévation de température d’une diode en cours de fonctionnement est due à la puissance dissipée par effet joule dans la jonction • IO : Courant direct moyen, c’est la valeur moyenne du courant direct. ?? IFSM : Courant direct de surcharge non répétitif, c’est le plus grand courant direct que la diode peut supporter pendant un temps spécifié (10 ns à 1 s). • IFRM : Courant direct de pointe répétitif, c’est le plus grand ourant direct que la diode peut supporter de manière répétitive. • En polarisation inverse, on fixe les limites de la zone de claquage (pour des tensions inférieures à la tension VBR de claquage) d’ohms. r = : pente de la caractéristique dans la zone (2). i peut atteindre plusieurs mégaohms. • 1/rBR = . pente de la caractéristique inverse dans la zone de claquage (3). r3R est faible, elle varie de quelques ohms à quelques dizaines d’ohms. I -4- Différents types de diodes I – 4-1 – Diode de signal • Cest une diode de faible puissance (IO < 100 mA) utilisée dans pplications de traitement de signaux (écrêtage, alignement, détection,... ). La tension de seuil VC est de Fordre de 0. 6 à 0. 65 V pour les diodes au silicium et de à 0,35 V pour les diodes au germanium.
La tension de claquage VBR est de l’ordre de SO à 1 SO V suivant la diode. I – 4-2 – Diode de redressement • C’est une diode de puissance (IO de 1 à 100 A) utilisée dans les applications de l’électronique de puissance (alimentation, onduleur,… ). La tension de seuil VO est de l’ordre de 0. 7 à 1 V suivant la puissance. La tension de claquage VBR est de l’ordre de 100 ? 000 V suivant la diode. Ces diodes sont toujours au silicum. I -4- Différents types de 0 d. d. p.
VZ quasi-indépendante du courant débité, cette tension VZ est appelée tension de Zener. • La tension VZ peut prendre les valeurs de 1 à 200 V ; ces valeurs sont normalisées suivant la série E24 (24 valeurs par décade). • La jonction n’est pas détruite tant que la puissance dissipée ne dépasse pas la puissance dissipable maximale fournie par le fabricant. • Symbole: 12 I – 4-4 – Diode électroluminescente • La dénomination anglaise : LED (Light emitting Diode).
Lorsqu’un courant circule dans la LED, elle émet une lumière visible (rouge, vert, jaune ou bleue) ou invisible (infrarouge). La caractéristique I f(V) présente les allures des figures précédentes, avec une tension de seuil VC plus importante. On a par exemple • VO C] 1. 6 V pour une diode rouge. • VD Cl 2. 2 V pour une diode jaune ou verte. • VO 0 1. 2 V pour une diode infrarouge (invisible). • En raison des dopages importants, la tension de claquage VBR très faible, de 5 à 20 V.
Le constructeur indique la valeur du direct à ne pas dépasser. 13 I -5- Applications I – 5 – 1 – Redressements, filtra e et stabilisation Le fonctionnement des m oniques nécessite une PAGF s 0 fonctionnant en permanence, l’utilisation des piles devient trop onéreuse. On préfère convertir la tension alternative du secteur en tension continue ; ceci offre l’avantage de réduire le prix de revient, la maintenance et disposer d’une puissance utile plus importante. a) Redressement : La valeur moyenne d’une tension alternative est nulle.
En appliquant un redressement, on obtient une tension de polarité fixe et de valeur moyenne non nulle : c’est à dire ayant une composante continue. 4 a) Redressement 1) Redressement simple alternance: On utilise un transformateur dont le primaire est alimenté par le secteur et dont le secondaire, choisi en fonction des besoins de la charge RL fournit une tension sinusoïdale vs(t) sur un circuit formé de la charge RL en série avec une diode D À t=tl la diode conduit 15 Le schéma équivalent 6 0 sin nt n VO dt • La tension redressée disponible aux bornes de la charge Rl_: u(t) – RL. (t). Tel que l_JMax— IMax. RL O VM-VO sa valeur moyenne: UO = REIO 18 • En pratique, on s’arrange pour avoir RS 2VC (cas de deux diodes en série avec a charge RL) les diodes Dl et D3 conduisent, et D2 et D4 sont bloquées. – Pendant l’alternance négative, les diodes Dl et 03 sont bloquées et D2 et D4 conduisent. 20 7 0 applique la tension vs(t) au circuit. Si l’on suppose que la diode est parfaite VO = Oet que l’on peut négliger Rs, la tension u(t) évolue comme vs(t) jusqu’? l’instant t = T ZAIÊI.
G 23 b) Filtrage • Pour Cl t C] t2, la tension VD est négative et la diode est bloquée ; le condensateur se décharge dans RL. • A l’instant t2 la tension VD redevient positive et la diode conduit jusqu’à 5 T , instant à partir duquel C se décharge à nouveau dans t le phénomène se reproduit. 24 Si l’on suppose que le condensateur fournit à la charge RL un pratiquement constant et égal à IO, on a C CV = = IO (t2-T/4) IO T • Soit encore : n IO 0 maximale de son courant direct. 6 c) Stabilisation Si l’on désire fournir une tension continue stable à une charge variable, on ne peut se contenter d’un simple montage redresseur même soigneusement filtré à cause de la résistance interne trop élevée et des variations possibles de la tension du secteur. un dispositif stabilisateur On peut classer les régulateurs en deux catégories . es régulateurs séries (système régulateur en série) – les régulateurs parallèles (système régulateur en parallèle) 27 Stabilisation parallèle par diode de régulation: Si l’on remplace la diode régulatrice par son schéma équivalent on et RZ), on obtient • RZ R. RZ u n ENR vz lu PAGF 10 en les atténuant mais sans aucune déformation : Exemplel • RI V1 • Tant que V1 < VO, la diode est bloquée et V2 V1 . • Si V1 > VC , la diode est conductrice et on a V1 = (R+rd) i+ VO où rd déslgne la résistance dynamique de la diode en polarisation directe. 02 – DOI+ D’où : 0+0 n I -5-2- Ecrêtaee
