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FST lectronique Lineaire

H.Aissaoui Mars 2006 Chapitre 3 Page 1 de 19

CHAPITRE III: DIODES

LA THEORIE, LA CONSTRUCTION ET LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DESDIODES

La construction physique de la diode :

Ltude des composants lectroniques est synonyme ltude des composants semi-conducteur.

La comprhension des circuits lectroniques requiert une certaine base mathmatique car lecomportement de ces circuits ncessite lutilisation des quations.

Dfinition :

Diode = DI et ODEDI = Deux et ODE = ElectrODE

Construction :

Une diode est fabrique partir dune jonction p et n.Les 2 diffrents types de semi-conducteurs mis ensemble, par un procd de fabrication bien spcifique par exemple de diffusion , crent une transition travers le mono cristal. la jonction, il y aformation dune rgion/zone ou dune couche appele :

COUCHE DAPPAUVRISSEMENT ou DE DPLTION


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Fabrication dune jonction pn :Le symbole de la diode :

A CDiode relle

A = Anode (type p)C = Cathode (type n)V D = V A - V C = Tension aux bornes de la diodeI D= Courant positif circulant dans la diodeLa jonction pn, la zone (ou couche) de dpltion (ou dappauvrissement), le potentiel de contact(ou barrire de potentiel) et la diode sans polarisation (la diode non polarise ou en circuitouvert)


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Dfinition :Lorsque aucune tension nest applique la diode

DIODE SANS POLARISATION OU DIODE NON POLARISEOU DIODE EN CIRCUIT OUVERT.

La diode avec polarisation directe (la diode en polarisation directe ou avant) et le courant direct

Dfinition :

Lorsque une tension positive v D = (v A - v C ) est applique la diode (v A > v C ) DIODE AVEC POLARISATION DIRECTE

OU DIODE EN POLARISATION DIRECTE OU EN AVANT.


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La diode avec polarisation inverse (la diode en polarisation inverse) et le courant inverse

Dfinition :

Lorsque une tension ngative v D= (v A - v C ) est applique la diode (v A < v C ) DIODE AVEC POLARISATION INVERSE

OU DIODE EN POLARISATION INVERSE.


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LES CARACTRISTIQUES :

3.1.1. Lquation de la diode (la convention) :

Convention:i D (t) = I D + i d (t) ou i D = I D + i dv D (t) = V D + v d (t) ou v D = V D + v d

Courant total = courant DC + courant variant dans le tempsTension totale = tension DC + tension variant dans le temps.

quation :

i D=Is(e )nV/()v( TD -1)

o

n = constante empirique n = 1 pour Ge

n = 1.3 1.6 pour SiVT = KT/q~ Temprature V

T~ 25 mV @ 25 oC.

Note :*La probabilit que les porteurs majoritaires aient suffisamment dnergie pour traverser la

barrire de potentiel = Is(e )nV/()v( TD ).


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3.1.2. La courbe courant - tension de la diode :

Courbe tension - courant de la forme exponentielle (non linaire).La diode, un lment non linaire

La diode est un lment non linaire car la courbe tension - courant nest pas une droite mais a la formeexponentielle.

La rgion directe, la rgion inverse et la rgion de claquage

Nous remarquons 3 rgions sur la courbe :


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-Rgion (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( TD )].-Rgion (Polarisation) Inverse :Pour une TENSION NGATIVE MODRE aux bornes de la diode, un COURANT TRSFAIBLE circule dans le sens inverse [Is].-Rgion de cassure :Pour une TENSION NGATIVE LEVE aux bornes de la diode, ladiode commence conduire avec un GRAND COURANT dans le sens inverse.

Leffet de la temprature sur la diode :


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Vo (T n ) Vo (T o ) = Kv . (T n - T o )

Kv = -2.5 mV/oC pour le GeKv = -2 mV/ oC pour le Si.

Is (T n ) = Is (T o ).exp [Ki . (T n - T o )]

I direct en mAI inverse en A


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Ki = 0.15 mA/ oC pour le Si

Entre 25 et 100 C Is (T n ) ~ double pour chaque 10 degr C

Notes :*Avec laugmentation de temprature, dans la zone de polarisation directe, la diode se rapproche

plus la diode idale (Vo diminue).

*Avec laugmentation de temprature, dans la zone de polarisation inverse, la diode a une tensionV Rplus leve.

Le but de la polarisation de la diode, le point dopration et la droite de charge

But :

Nous remarquons que la courbe courant - tension de la diode nest pas linaire. Donc la diode peut tre

reprsente par diffrentes valeurs de rsistances dpendamment du point o on se situe sur la courbe.

Exemple :


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I D= 2 mA et V D = 0.5 V RD = 250 I D= 20 mA et V D= 0.8 V RD = 40 I D= Is = 1 A et V D = -10 V RD = 10 M

Point dopration:

Pour sassurer que la diode fonctionne un point bien dfini sur la courbe, il faut polariser la diodeavec une tension et un courant continus. Cette polarisation dtermine le POINT DOPRATION (Q)ou le POINT DE FONCTIONNEMENT de la diode ( ce point la rsistance peut tre clairementdfinie).

Droite de charge :


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Pour appliquer une tension aux bornes de la diode, on ajoute une rsistance en srie avec celle-ci (qui

peut aussi bien tre la charge) pour garder le courant direct maximal infrieur au courant limite de ladiode(I DIRECT >I MAXIMAL dtrioration de la diode).

Exemple :

LKT V DD - R . I D - V D = 0 o V DD= EI D = (V DD- V D )/RCest une droite passant par

V DD / R pour V D = 0V DDpour I D= 0

Cette droite sappelle la DROITE DE CHARGE.


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Lintersection ou le point commun de la DROITE DE CHARGE avec la courbe courant - tension de la

diodeIs (e )nV/()V( TD ) permettra de dterminer le POINT DOPRATION (Q) ou la solution commune(dtermination du courant I D et de la tension V Dexacts de la diode dans le circuit).Un raisonnement identique de polarisation sera utilis pour les transistors, dans les chapitres qui vontsuivre.

Quiescent


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La rsistance statique, dynamique et moyenne de la diode :

La rsistance statique ou DC :

La rsistance statique est dfinie un point dopration donn lorsque la diode est polarise en DC(courant continu).

RD =D

D

I

V(au point Q) =

DQ

DQ

I

V

Notes :*Daprs la courbe de la diode, pour des petits courants, RD est grande.* RDdpend du point dopration.

La rsistance dynamique ou AC:

Lorsque la tension applique sur la diode varie en fonction du temps, le courant varie en fonction du

temps. Donc la valeur de la rsistance varie aussi en fonction du temps. Par ce fait, la rsistancedynamique dfinie le changement du courant pour un changement de tension donne.

rd =d

d

i

v

(au point Q) = linverse de la pente au point Q


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Exemple :

RD =D

D

I

Vau point Q

rd =d

d

i

v

au point Q

a) Au point dopration de (2 mA / 0.7 V)


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RD=D

D

I

V

RD= 350

rd =d

d

i

v

v d = 0.76 0.65 = 0.11 V i d = 4 mA 0 mA = 4 mA rd = 27.5

b) Au point dopration de (25 mA / 0.79 V)

RD=D

D

I

V

RD= 31.6

rd =d

d

i

v

vd

= 0.8 0.78 = 0.02 V i d = 30 mA 20 mA = 10 mA rd = 2

Note :*rd est calcule partir de linverse de la tangente au point dopration.*Dans la rgion o la tension de la diode est plus grande que Vo (Vo ou tension de la coude)


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rd = (D

T

I

nV) rd ~

DI

Volt026.0(pour Si et T = 25 oC)

Donc rd dpend principalement du courant DC de polarisation.(Ce rsultat est trs important pour les transistors bipolaires BJT).

Dmonstration de rd =D

T

I

nV

DC I D =Is(e )nV/()V( TD )DC + AC v D = V D + v d

i D = I D + i di D =Is(e )nV/()v( TD ) =Is(e )nV/()V( TD ).(e )nV/()v( Td )= I D .(e )nV/()v( Td )

e )nV/()v( Td =(1 +T

d

nV

v) (approximation lorsque

T

d

nV

v


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rm =d

d

i

v

dun point lautre de la tension applique.

Note :*Tracer une ligne droite entre la tension maximale et la tension minimale appliques.*rm est calcule partir de linverse de la pente de cette ligne


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En rsum :

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