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8/18/2019 COURS Exposé
1/71
Cours exposé
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques
email : nasser_baghdad @ yahoo.fr
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Pr . A. BAGHDAD 1
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 2
Contenu du programme
Chapitre I : Généralités
Chapitre II : Régime continu
Chapitre III : Régime alternatif sinusoïdal
Chapitre IV : Les quadripôles
Chapitre V : Les filtres passifs
Chapitre VI : Les diodes
Chapitre VII : Le transistor bipolaire
Chapitre VIII : L’amplificateur opérationnel
Partie ACircuits électriques
Partie BCircuits électroniques
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Chapitre VI
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 4
I. Généralités sur les diodes
II. Fonctionnement d’une diode à jonction
III. Applications de la diode à jonction
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Sommaire
8/18/2019 COURS Exposé
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 5 U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 6
1°) Définition de la diode à jonction
2°) L’anode et la cathode
3°) Fonctionnement
4°) Le seuil de la jonction
5°) Tension de claquage
6°) Les différents type de diode
7°) Utilisation des diodes
8°) Conclusion
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► Une diode est le plus simple des composants dit actif, qui fait partie de la famille
des semi-conducteurs.
► Les diodes standards sont essentiellement fabriquer soit du silicium, ou legermanium qui est désormais bien moins utilisé.
► Le silicium : Le silicium, est un élément qui se trouve abandonnement dans lanature,
► On le trouve, principalement, associer à l’oxygène pour former la silice,constituant de certaines roches, et des innombrables grains de sable de nos plageset de nos rivières.
► Le silicium est connu pour être un bon conducteur de l’électricité ainsi il offre des
caractéristiques électriques exceptionnelle entre celles des autre conducteurs,comme les métaux, et celles des isolants : on l’appelle un semi-conducteur.
1°) Définition de la diode à jonction
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► En incorporant, au silicium pur, de très faibles proportions d’autres élémentsconvenablement choisis (phosphore, gallium, etc.) on modifie ses propriétés.
► Par cette méthode, on sait fabriquer deux types de semi-conducteurs : le type Ppour « positif », et le type N pour « négatif ».
► Une diode est un petit cristal rassemblant cote à cote, une zone P et une zone N, lamince région de transition, de quelques micromètres d’épaisseur, constitue la
jonction PN.► Une diode fait référence à tout composant électronique doté de deux électrodes.
► Il s'agit d'un composant polarisé qui possède donc deux électrodes, une anode etune cathode.
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► La connexion du cristal qui sort de la zone P, appelée l’anode, elle est symboliséepar la lettre A ; l’autre est la cathode, qu’on représente par la lettre K.
► Pour les distinguer sur la diode, on imprime, sur le boitier, un anneau situé àproximité de la cathode.
2°) L’anode et la cathode
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► Une diode permet de contrôler la circulation du courant.► On peut dire qu’une diode laisse passer le courant lorsqu’elle est branchée enpolarisation directe et bloque le passage du courant lorsque la polarisation estinverse, à une tension donnée.
► Cette caractéristique permet de redresser un courant alternatif, pour ne laisser
passer que l'alternance positive ou que l'alternance négative (selon l'orientation de ladiode).
Symbole :
La diode est représentée par son symbole normalisé :
3°) Fonctionnement
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► Il correspond à la tension de seuil ou la diode commence à conduire dans le sens
passant, c’est à dire qu’il faut un minimum de tension directe pour rendre la diodeconductrice : c’est le seuil de la jonction.
► Pour une diode au silicium, ce seuil est de l’ordre de 0,6 V.
► Tant que la diode reste passante, la tension à ses bornes garde une valeur voisine
de 0,6 à 0,7V.
4°) Le seuil de la jonction
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► En polarisation inverse, on constate que si l’on dépasse une certaine valeur detension, il apparait également un courant : c’est le claquage de la jonction (tension declaquage).
► Ce phénomène est du soit à l’effet d’avalanche, soit à l’effet Zéner. le claquagen’est pas destructif à condition que le courant soit limité à une valeur raisonnable parune résistance.
5°) Tension de claquage
polarisation inverse Polarisation directe
Vclaquage
La valeur Vclaquage pour une diode à jonction est de l’ordre de – 150 à 300 V
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6°) Différents type de diodes► Il existe plusieurs catégories de diodes semi-condutrices, parmi elles, on y trouve :
■ la diode à jonction PN
■ la diode Zener
■ la diode DEL (ou LED)
■ la photodiode
■ la diode Tunnel
■ la diode schottky
■ la diode varicap■ la diode Impatt,
■ la diode PIN
■ la diode Gunn, etc… Diode Schottky
DEL ou LED
Diode à jonction
Diode Tunnel
Diode Zener
Photodiode
Diode Varicap
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Remarque :
Les composants électroniques sont fabriqués avec des matériaux semi-conducteurspurs du groupe IV tels que le silicium, germanium … ou de semi-conducteurscomposites combinant un ou plusieurs éléments du groupe : III-V ou II-VI ou I-VII ouIV-VI ou V-VI ou II-V…
Les semi-conducteurs composites présentent un grand intérêt en raison de leurspropriétés : meilleurs mobilités, robustesse, conductivités thermiques élevées, bruit,puissance, la …
Exemple : groupe III-VLa colonne III (bore, gallium, aluminium, indium, etc.)La colonne V (arsenic, antimoine, phosphore, etc.)
Alliages binaires tels que : AsGa, AsIn… Alliages ternaires tels que : InGaAs, AlGaAs… Alliages quaternaires tels que : AlGaInP, InGaAsP… Alliages quinaires tels que : GaInNAsSb, GaInAsSbP…
Le cours se limitera à l’étude du fonctionnement de la diode à jonction.
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Semi-conducteurs composites.
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Avec tous ces types de diodes, on constate que la diode à plusieurs domainesd’utilisation :
■ le redressement et le filtrage des signaux, cette fonction rencontré surtout dans lesalimentations.
■ détecte les amplitudes des tensions pour aider au référencement de la tension.
■ elle peut servir de protection contre les surtensions.
■ la régulations des tensions simples pour les différant montages.
■ peut générer de signaux à haute fréquence.
■ elle permet d’émettre de la lumière (LED) pour l’affichage…etc.
7°) Utilisation des diodes
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La diode se présente comme un composant électronique très imposant et en mêmetemps très utile pour les différents montages car son domaine d’utilisation est trèsvarié et plus pratique.
8°) Conclusion
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1°) Symbole et convention
2°) Linéarité3°) Caractéristique I(V) réelle
4°) Équation électrique de la diode
5°) Polarisation de la diode
6°) Montage pratique7°) Association de diodes
8°) Influence de la température
9°) Linéarisation de la caractéristique I(V)
10°) Point de fonctionnement
11°) Différents classes de fonctionnement
12°) Différents modèles linéaires
13°) Modèle idéal
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20/71FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 20
■ L’extrémité de la flèche est au potentiel VA de l’Anode.
■ L’origine de la flèche est au potentiel VK de la Cathode.
■ V est la tension aux bornes de la diode (ou d.d.p.), signifie V = VA – VK
Symbole
Convention de signe
V = VA – VK = VAK
Tension :
2 bornes ou 2 électrodes :A : AnodeK : Cathode
1°) Symbole et convention
A K
A K
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0 V V V K A 0 V V V K A
Sens du Courant et signe de tension
I circule de A vers K I circule de K vers A
Tension V positive Tension V négative
Les deux flèches, de
tension et du courant,sont dans le sens
contraire
Les deux flèches, de tensionet du courant, sont dans lemême sens
0V 0V
C’est la convention récepteur : la diode est un récepteur actif
V = VA - VK
IA K
V = VA - VK
IA K
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Dipôle linéaire : résistance
I = f(V) ce que l’on veut sauf une droite
Dipôle non linéaire : diode
I = f(V) est une droite
A B
V = VA - VB
I R
I
V1/R
I
V
2°) Linéarité
V = VA - VK
IA K
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I = f(V) ce que l’on veut sauf une droite
I ~ 0 V < 0
I = f(V) est une droite
I = - V / R V < 0
I
V
1/R
I
V
La diode est un dipôle non linéaire et non symétrique
A B
V = VA - VB
IR
V = VA - VK
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 24
dynamiquecerésis I
V Rd tan:
GeàV SiàV
4,02,07,05,0
0
0
10qcqàqcqder d
diodelade seuil detensionV :0
Grandeurs Caractéristiques de la diode :
3°) Caractéristique I(V) réelle
I
VV0
V > 0
IA K
V < 0
IA K
ΔV
ΔI
En inverseEn direct
U
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–
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 25
Is : courant de saturation ~ (qcq nA) négligeableq = │e-│charge élémentaire de l’électron = 1,6 10-19 CK : constante de Boltzmann = 1,38 10-23 J/KT : température (K)
1exp
KT V q I I s
275)()( C T K T
mV t éC àudevaleur laet q
kT u poseOn
liquide Helium K
liquideazote K
K C et K C
T T 25tan25
?4
?77
3002529520
1exp
T
sU
V I I
4°) Équation électrique de la diode
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 26
5°) Polarisation de la diode
Polarisation directe ou positive
Polarisation inverse ou négative
P NA K
+ -
A K
+ -
VA > VK
P NA K
+-
A K
+-
VA < VK
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 27
Polarisation directe ou positive
E : tension d’alimentation R : Résistance limitatrice du courantD : diode à jonction PN
VA > VK ===> V > 0
Les flèches de I et de V sont contraires VA > VK
E = R I + V V = E – R I ≠ E
KT V q I I
s exp
V < E : Il y a de la chute detension dans la résistance R
6°) Montage de polarisation de la diode
+-
E : f.e.m
R
E > 0 VD
I
A
K
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 28
Discussion :
■ Le + de E est de côté de A (l’anode) et le – de E et de côté de K (la cathode), VA > VK
V > 0 la diode est donc polarisée positivement ou en direct.
■ La diode n’est conductrice qu’à partir de V > V0 . Elle est dite également passanteou allumée.
■ A partir de V > V0 , elle se comporte comme une très faible résistance : le semiconducteur peut être considéré dans ce cas comme étant un conducteur.
■ En revanche, si 0 < V < V0 , la diode est bloquée en direct, elle se comporte commeune très forte résistance : le semi conducteur peut être considéré dans ce cas commeétant un isolant.
* DBD si 0 < V < Vs* DCD si V > Vs
I
VV0
0 < V < V0V > Vs
DBD DCD
KT
V q I I s exp
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 29
Les flèches de I et V ont le même sens VA < VK
VA < VK ===> V < 0
s I I
E = RI - V soit V = - E + RI = - E car I = 0 et V < 0 car E > 0
+
-E : f.e.m
R
E > 0
E : tension d’alimentation R : Résistance limitatrice du courantD : diode à jonction PN
Il n’y a aucune chutede tension dans la
résistance R
Polarisation inverse ou négative
VDI
A
K
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 30
0 I qcqnA I I s
I
V
DBI si V < 0
■ Le -
de E est de côté de A (l’anode) et le + de E et de côté de K (la cathode), V
A< V
K
V < 0 la diode est donc polarisée négativement ou en inverse.
■ La diode est non conductrice ou non passante. Elle est dite également bloquée ouéteinte.
■ A partir de V < 0 , elle se comporte comme une très forte résistance ou résistance
de fuite de forte valeur : le semi conducteur peut être considéré dans ce cas commeétant un isolant.
Discussion :
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 31
Variante :
s I I
E = - R I + V soit V = E + R I = E car I = 0 et V < 0 car E < 0
Les flèches de I et V ont le même sens VA < VK
E : tension d’alimentation R : Résistance limitatrice du courantD : diode à jonction PN
Il n’y a aucune chutede tension dans la
résistance R
VA < VK ===> V < 0
+
-
E : f.e.m
R
VDI
A
K
E < 0
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 32
Association en série
Aucun intérêt pratique car le courant I traverse la diode dont la tension de seuil est laplus faible. Une diode en trop.
Association en parallèle
Si V > V01 + V02 Vs = V01 + V02
I
V
D1D2 Déq
V01 + V02V01 V02
R
Les diodes ne sont conductricesqu’à partir de V > V01 + V02
7°) Association de diodes
+
- EV
D1
I A1
K2
D2
V1
V2
+-
E V
R
D1
I
A
K
D2
ou
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 33
La caractéristique se rapproche de l’axe des courants quand T augmente
T T V V et I I T T
T T 00''
'
Pour une tension V fixe, le courant augmente
8°) Influence de la température
I
V
T’ T
I(T)
I(T’)
V0(T’) V0(T’)
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 35
Une diode est un récepteur actif, elle estsymbolisée par le circuit électrique suivant :
V0 : f.c.e.m.r d : résistance interne modélisant l’effet joule
Diode
Circuit électrique équivalent d’une diode
I
VV0
Circuit électrique
+- V0
Rd
I
V I RV V d 0
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 36
La diode à jonction PN est un récepteur actif, la tension de seuil V0 dans le schéma
électrique équivalent doit être obligatoirement une f.c.e.m.
Le courant I de conduction direct doit être reçu par la borne + de la V0 car c’est unef.c.e.m.
+
- E V
R
D
IA
K
rd
V0
+
+
- E V
RI
A
K
Circuit équivalent
-
E : f.e.m+
-V0 : f.c.e.m
+
-
Générateur E : émetteur actif Diode V0 : récepteur actif
10°) Point de fonctionnement
rdri
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 37
► On utilise la droite de charge du générateur (ou du circuit).► L’intersection de cette droite avec la caractéristique de la diode donne le point defonctionnement.
direct enon polarisaticar V kT
q I I diodeladetiqueCaractéris
RV E I RI E V V V RI E générateur dutiqueCaractéris
s
AK
exp:
:
La diode fonctionne en polarisation directe uniquement
+- E
R
RD
V0
+
+-
E V
R I
Circuitéquivalent
-VD
I
A
K
A
K- Point de fonctionnement- Point de polarisation
- Point de repos
I
VV0
R
E I
E
I
VV0
R
E I
E Courbe réelle Modèle linéaire
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 38
I
V
V
I
Classe A
Classe B
I
V
Classe C
La diode conduit durant une demipériode du signal d’entrée.
La diode conduit durant moins d’unedemi période du signal d’entrée.
La diode conduit en permanence
11°) Différents classes de fonctionnement
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 39
12°) Différents modèles linéaires
A K A K
V
I
Caractéristique inverse
Caractéristique directe
V0
V0En direct :+ -
V V = V0 + Rd I
RdI I
U
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 40
A K
En direct :
V
A K
V0
+ -
V = V0 + Rd I
RdI I
En inverse :
A K
V = Vmax < 0
I = 0 A K
V
I
U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
–
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 41
12°) Modèles linéaires
VF
A K A K
V
I
Caractéristique inverse
Caractéristique directe
V0
V0+ -
V = V0
I En direct :
U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
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42/71
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 42
A K
En direct :
V
A K
V0
+ -
V = V0
I I
En inverse :
A K
V = Vmax < 0
I = 0 A K
V
I
U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 43
12°) Différents modèles linéaires
A K A K
V
I
Caractéristique inverse
Caractéristique directe
0
En direct :
V V = V0 + Rd I
RdI I
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44/71
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 44
A K
En direct :
V
A K
V = Rd I
RdI I
En inverse :
A K
V = Vmax < 0
I = 0 A K
V
I
U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
–
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45/71
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 45
13°) Modèle idéal
A K A K
V
I
Caractéristique inverse
Caractéristique directe
0
U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
–
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46/71
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 46
A K
En direct :
V
I
En inverse :
A K
V = Vmax < 0
I = 0 A K
V
I
A K
V = 0
I = Imax
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–
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47/71
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 47
A K
A K A K
A K A K
En direct : V > 0
En inverse : V < 0
CC
CO
V = 0 V
I = 0
V
I max
V max
I
I
P = V . I = 0
P = V . I = 0
Une diode idéale peut être considérée comme un interrupteur électronique qui nedissipe aucune puissance.
A K
interrupteur électronique
U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
–
F A C U L T E D
E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q U E S M O H A M M E D I A
D E U S T - M I P – M
O D U L E : E 1 4 1 –
C I R C U I T
S É L E C T R I Q U E S E T É L E C
T R O N I Q U E S
P R . A . B A G H D A D
- D E P A R T E M
E N T G E N I E E L E C T R I Q U E
8/18/2019 COURS Exposé
48/71
FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 48 U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A
–
F A C U L T E D
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U E S M O H A M M E D I A
D E U S T - M I P – M
O D U L E : E 1 4 1 –
C I R C U I T
S É L E C T R I Q U E S E T É L E C
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P R . A . B A G H D A D
- D E P A R T E M
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A
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 49
1°) Redressement simple alternance
2°) Redressement double alternance avec 2 diodes
3°) Redressement double alternance avec 4 diodes
4°) Circuit d’écrêtage
5°) Circuit limiteur
6°) Caractéristiques des signaux périodiques
7°) Redressement et filtrage
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F A C U L T E D
E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q
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D E U S T - M I P – M
O D U L E : E 1 4 1 –
C I R C U I T
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P R . A . B A G H D A D
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A
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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 50
1°) Redressement simple alternatif
et)temps+Emax
-Emax
monoalternancee(t) s(t)
st)temps+Smax
-Smax
e(t) = E sinωt
2°) Redressement double alternatif avec 2 diodes
et)temps+Emax
-Emax
doublealternance
avec 2 diodese(t) s(t)
e(t) = E sinωt st)temps
+Smax
-Smax
3°) Redressement double alternatif avec 4 diodes
et)temps+Emax
-Emax
doublealternance
avec 4 diodese(t) s(t)
e(t) = E sinωtst)
temps+Smax
-Smax
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F A C U L T E D
E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q
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D E U S T - M I P – M
O D U L E : E 1 4 1 –
C I R C U I T
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Principe
vet)
temps+E
-E
monoalternance
ve(t) vs(t)
vst)
temps+E
-E v
e(t) = E sinωt
Montage pratiqueRedressement simple alternance
1°) Redressement simple alternance
D
(1) (2)
R Secteur230 V~ eg vet) vst)
ve(t) = E sinωt
A K
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F A C U L T E D
E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q
U E S M O H A M M E D I A
D E U S T - M I P – M
O D U L E : E 1 4 1 –
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P R . A . B A G H D A D
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Tracé de Vs(t)
CC passante D
vvealorsT
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