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Table des matires

Table des matires................................................................................................................................................. 1

Introduction........................................................................................................................................................... 3

Principe de fonctionnement.................................................................................................................................. 5La jonction PN.................................................................................................................................................... 5

quilibre sans gnrateur ................................................................................................................................ 6Avec un gnrateur en sens direct................................................................................................................... 7Avec un gnrateur en sens inverse ................................................................................................................ 8

Caractristiques lectriques................................................................................................................................. 9Caractristique lectrique................................................................................................................................ 9Caractristique directe (Vd > 0)...................................................................................................................... 9Autour de zro :............................................................................................................................................. 11quation : ...................................................................................................................................................... 11

Effet de la temprature :................................................................................................................................ 12Schma quivalent............................................................................................................................................... 13

Modlisation n1 : la diode idale ............................................................................................................... 13Modlisation n2 : diode avec seuil .................................................................................................................. 14Modlisation n3 : diode avec seuil et rsistance.............................................................................................. 15Exemple dutilisation des 3 modles de la diode .............................................................................................. 16

Premier cas : E = 200 V et R = 1000 ......................................................................................................... 17Deuxime cas : E = 2 V et R = 1000 ......................................................................................................... 18Troisime cas : E = 2 V et R = 2 ............................................................................................................... 20

Utilisation.......................................................................................................................................................... 22Paramtres essentiels des diodes....................................................................................................................... 22Diodes de redressement..................................................................................................................................... 23

Caractristiques physiques............................................................................................................................ 23Redressement simple alternance ................................................................................................................... 24Redressement double alternance................................................................................................................... 25

Avec transfo double enroulement ou transformateur point milieu .........................................................25Avec pont de Gratz...................................................................................................................................... 26Filtrage.......................................................................................................................................................... 27

Redressement simple alternance ............................................................................................................... 27Redressement double alternance............................................................................................................... 29

Fonctionnement des diodes et transformateurs ............................................................................................. 31Alimentations doubles symtriques .............................................................................................................. 31

Doubleur de tension .......................................................................................................................................... 32

Diodes Zener........................................................................................................................................................ 33Caractristique .............................................................................................................................................. 33Schma quivalent : ...................................................................................................................................... 34Modle hydraulique de la diode Zener.......................................................................................................... 35

Rgulation de tension........................................................................................................................................ 36Diodes avalanche contrle............................................................................................................................ 39

Caractristiques physiques............................................................................................................................ 39Protection contre les surtensions................................................................................................................... 39Mise en srie de diodes ................................................................................................................................. 39

Diodes de redressement rapides........................................................................................................................ 40Notions de charge recouvre......................................................................................................................... 40Utilisation...................................................................................................................................................... 40

Diodes de signal................................................................................................................................................ 41Caractristiques physiques............................................................................................................................ 41Dtecteur de crte.......................................................................................................................................... 41

Dtection AM.................................................................................................................................................... 42crtage des surtensions ................................................................................................................................... 43Diodes lectroluminescentes............................................................................................................................. 43


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Caractristique .............................................................................................................................................. 43Utilisation...................................................................................................................................................... 43Autres diodes................................................................................................................................................. 44

Les symboles des diffrentes diodes................................................................................................................... 45

Exercices .............................................................................................................................................................. 46Solutions............................................................................................................................................................... 57


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IntroductionLa diode est le composant lectronique de base : on ne peut pas combiner du silicium dop plussimplement.

Son fonctionnement macroscopique est celui d'un in terrupteur command par une tension (Vd)qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens.

Figure 1Analogie hydraulique de la diode

Cette proprit lui ouvre un champ d'applications assez vaste en lectronique dont les plus courantessont : Le redressement du courant alternatif issu du secteur ; la rgulation de tension laide de diodes Zener, qui ont un comportement de source de

tension quasi idale.La fonction diode a exist bien avant l'arrive du silicium : on utilisait alors des diodes vide (leslampes ou tubes, voir Figure 2) dont le fonctionnement tait bas sur l'effet thermolectronique. Lesilicium a apport une amlioration de la fiabilit du composant, une rduction de son encombrement,une plus grande simplicit d'utilisation et une rduction de prix.

Figure 2

Diode tube


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La jonction PN est un lment fondamental de llectronique. En modifiant certains paramtres(concentration en impuret, gomtrie de la jonction, etc.) on obtient des composants diversifisutilisables dans de nombreux domaines dont le classement succinct est le suivant :

Diodes de redressement et de llectronique de puissanceo Diodes de redressement classique,

o Diodes avalanche contrle,o Diodes rapides de commutation et de rcupration,o Diodes haute tension, etc.

Diodes de signal dans ledomaine gnralo Diodes rapides1o Diodes faible courant de fuite, etc.

Diodes utilises en avalanche inverseo Diodes stabilisatrices de tension (diodes Zener ),o Diodes de rfrence,o Diodes de protection, etc.

Diodes de llectronique rapideo Diodes tunnel et backward,o Diodes Schottky,o Dioses varicap,o Diodes PIN,o Diodes gunn,o Dioses Impatt, etc.

Diodes de loptolectroniqueo Diodes lectroluminescentes LED,o Diodes laser,o Photodiodes,o Photopiles,o Cellules photovoltaques, etc.

Autres dispositifso Thermistance,o Varistances,o Cellules photorsistantes,o Cellules de Hall, etc.

Dans les pages qui suivent, nous nous intresserons seulement aux diodes de redressement et auxdiodes Zener.

1Les diodes rapides de signal peuvent travailler des frquences leves aussi bien en rgime depetits signaux quen rgime de commutation.


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Principe de fonctionnement

La jonction PN

Figure 3Jonction PN

Un matriau semi conducteur est compos datomes qui possdent 4 lectrons sur la coucheextrieure (atome quadrivalent). Le matriau semi conducteur le plus employ lheure actuelle est lesilicium.Considrons un petit morceau de silicium. Si on en dope une partie avec des atomes 5 lectronspriphriques, le semi conducteur devient de type N, c'est--dire que les des porteurs majoritairementprsents dans la maille cristalline sont des lectrons. Si lon dope l'autre partie avec des atomes 3lectrons priphriques, le silicium devient de type P, c'est--dire que les charges mobiles majoritairessont des trous (positifs) dans cette rgion du silicium. On a cre une jonction PN, qui est la limite de

sparation entre les deux parties.Nous avons fabriqu une diode jonction.


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quilibre sans gnrateur

Figure 4quilibre au niveau de la jonction PN sans champ lectrique extrieur.

Au vois inage de la jonct ion, les trous de la zone P vont neutraliser les lectrons libres de la zone N(il y a diffusion des charges). Ce phnomne va s'arrter quand le champ lectrique Eintcr par lesatomes donneurs ou accepteurs (qui vont devenir respectivement des charges + et -) va tre suffisantpour contrarier le mouvement des charges mobiles. Ceci constitue une barrire de potentiel pour lesporteurs majoritaires. Par contre, cette barrire de potentiel va favoriser le passage des porteursminoritaires (conduction lectrique).Les deux courants antagonistes (diffusion des majoritaires et conduction des minoritaires) s'quilibrentet leur somme est nulle en rgime permanent et en l'absence de champ lectrique extrieur.


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Avec un gnrateur en sens direct

Figure 5

Jonction PN soumise un champ lectrique extrieur : passage du courant

La barrire de potentiel interne empche donc toute circulation de courant. Si on applique un champexterne l'aide d'un gnrateur en branchant le ple + sur la zone P et le ple - sur la zone N, on peutannuler les effets du champ interne et permettre au courant de circuler : le phnomne d'attractiondes lectrons libres de la partie N par les trous de la partie P (diffusion) n'est plus contrari, et legnrateur va pouvoir injecter des lectrons dans la zone N et les repomper par la zone P.Le courant de conduction constitu par les porteurs minoritaires prend une valeur If indpendante duchamp extrieur.

Le courant total est la somme des deux courants, soit pratiquement le courant direct d aux porteursmajoritaires ds que la tension atteint la centaine de mV.La diode est alors polarise dans le sens direct, et un courant relativement intense peut circuler : de

quelques dizaines de milliampres pour des diodes de signal quelques ampres pour des diodes deredressement standard, voire des centaines d'ampres pour des diodes industrielles de trs fortepuissance.


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Avec un gnrateur en sens inverse

Figure 6Jonction PN soumise un champ extrieur : blocage

Si on branche le gnrateur dans le sens inverse du cas prcdent, on renforce le champ lectriqueinterne, et on empche le passage des porteurs majoritaires : les lectrons libres sont repousss dans

la zone N et les trous dans la zone P ; on accentue la sparation des charges (zone de dpltion).Par contre, les porteurs minoritaires (trous pour la zone N et lectrons libres pour la zone P) peuventtraverser la jonction et reboucler par le gnrateur : ils forment le courant inverse If qui dpendessentiellement de la temprature.

Le champ extrieur repousse les charges qui vont se trouver une distance sensiblementproportionnelle |V|, crant ainsi une capacit proportionnelle cette distance, donc |V|.Cette capacit est inhrente toute jonction de semi conducteurs, et va constituer la principalelimitation (en rgime linaire tout du moins) au fonctionnement haute frquence des composantslectroniques (diodes, transistors et circuits intgrs les employant).


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Caractristiques lectriques

Caractristique lectrique

Cest la caractristique globale courant/tension. On a vu prcdemment que le courant taitngligeable pour une tension Vd = Vp-Vn ngative (ceci est vrai jusqu' une tension Vc dite tension declaquage). Au dessus d'un certain seuil Vo de tension Vd positive, le courant direct croit trsrapidement avec Vd.Le seuil Vo (barrire de potentiel) dpend du semi conducteur intrinsque de base utilis. Il estd'environ 0,2V pour le germanium et 0,6V pour le silicium.La caractristique a la forme suivante :

Figure 7

Caractristique complte

Caractristique directe (Vd > 0)

Figure 8Caractristique directe d'une diode.

Sur ce type de diode au silicium, le courant croit assez rapidement au del de 0,7V. C'est une diodede redressement supportant 1 A en direct et 600 V en tension inverse.

VAK= Vd

IAK

tension declaquage

courant de fuite


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La caractristique d'une diode semi-conductrice est illustre par les courbes de la Figure 9. Afin debien mettre en vidence la dpendance du courant par rapport la tension applique, des chellesdiffrentes ont t utilises. On notera en particulier (Figure 9c et d) que l'allure de la caractristiqueest pratiquement la mme pour des courants faibles ou levs ; seule la tension a chang en passantd'environ 0.6 V pour ID= 1mA environ 0.8 V pour ID= 100 mA.

ab

c d

Figure 9Caractristiques dune diode

a) en polarisation inverse, b) pour de faibles tensionsc) pour de faibles courants, d) pour de forts courants

La connaissance de cette caractristique non linaire, fondamentale pour dcrire le comportementdes diodes, ne nous permet malheureusement pas de rsoudre analytiquement un circuit constitu

simplement d'un gnrateur, une rsistance et une diode. Les quations dcrivant ce circuit sont eneffet non linaires et ne peuvent pas tre rsolues simplement :

ln

g D D

DD T

S

U RI U

IU nV

I

= +

=

Seule la donne de modles linairesapprochant aussi bien que possible la caractristique de ladiode permet de calculer le courant circulant dans le circuit.


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Autour de zro :

La caractristique passe par l'origine. Pour Vd ngatif, le courant tend rapidement vers la limite -I f(courant de fuite), car le courant de diffusion d aux porteurs majoritaires va s'annuler.

Caractristique inverse (Vd< 0), phnomne de claquage :

Quand la tension applique dpasse la valeur spcifie par le fabricant, le courant dcrot (attention :il est dj ngatif !) trs rapidement. S'il n'est pas limit par des lments externes, il y a destructionrapide de la diode due deux phnomnes :

phnomne davalanche : quand le champ lectrique au niveau de la jonction devient tropintense, les lectrons acclrs peuvent ioniser les atomes par chocs, ce qui libre d'autreslectrons qui sont leur tour acclrs Il y a divergence du phnomne, et le courant devienttrs important en un temps extrmement court.

phnomne Zener : les lectrons sont arrachs aux atomes directement par le champlectrique dans la zone de transition et crent un courant qui devient vite intense quand la

tension Vdatteint une valeur Vz dite tension Zener.Si on construit la diode pour que le phnomne Zener l'emporte sur le phnomne d'avalanche (ens'arrangeant pour que la zone de transition soit troite), on obtient une diode Zener.On utilise alors cette diode en polarisation inverse. L'effet Zener n'est pas destructif dans ce cas. Cesdiodes sont trs utilises pour la rgulation de tension.

quation :

Figure 10Linarit de Log (I) fonction de V.

La courbe de la Figure 7 ( l'exception de la zone de claquage) rpond assez bien la formulesuivante, explique par la thermodynamique statistique :

1dq V

k Td fI I e

=

[1]

o :- Ifest le courant de fuite ;

- q la charge de l'lectron = 1,6E-19C ;- k constante de Boltzman = 1,38E-23 J/K;- T temprature absolue (en degr Kelvin).


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La loi logarithmique [1] est bien illustre par : la Figure 8, la Figure 9, et la Figure 10. La courbeexprimentale s'loigne toutefois de la thorie lorsque le courant anode cathode devient important carle modle ne tient pas compte d'autres phnomnes dont les chutes de tension ohmiques dans lesemi conducteur.A noter que sur la Figure 10, le courant maximum reprsent est gal au 1/10me admissible parcette diode.

Effet de la temprature :

Pour Vd positif, la diode a un coefficient de temprature ngatif gal -2mV/K. Cette drive entemprature est suffisamment stable pour qu'on puisse utiliser des diodes comme thermomtres.Pour Vdngatif, le courant de fuite Ifvarie trs rapidement avec la temprature. Il est plus importantpour le germanium que pour le silicium, et crot plus vite, ce qui devient rapidement gnant. Dans lesilicium, ce courant double tous les 6C.

Rsistance diffrentielle (ou dynamique).

Figure 11Rsistance dynamique.

La rsistance dynamique tant l'inverse de la pente de la caractristique en un point donn, on peut ladduire par drivation de la formule [1] :

d

d

k Tr

q I

=

[2]

C'est la rsistance dynamique au point de fonctionnement (Vd , Id). Elle est fonction du courant depolarisation Idau point tudi.La Figure 11 donne la valeur de rden fonction de la tension de la diode : les variations sont trsimportantes.


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Schma quivalent

La reprsentation de la diode par sa loi logarithmique est un peu complexe pour l'emploi de tous lesjours. Plusieurs schmas quivalents simplifis peuvent tre employs en lieu et place avec profit.Pour tablir ces schmas, on linarise plus ou moins grossirement la caractristique lectriquede la diode, puis on cherche quels composants permettent dobtenir ces caractristiques linaires.

Modlisation n1 : la diode idale

La modlisation dun composant consiste remplacer la caractristique lectrique relle i = f(u) pardes segments de droites. A chaque segment de droite correspond un schma lectrique quivalent.Dans ce cas, on nglige la tension de seuil (force du ressort qui maintient le clapet sur son sige) et larsistance interne de la diode (le petit tranglement du au sige du clapet qui rtrcit le tuyauaugmentant ainsi sa rsistance ). La caractristique est alors celle de la Figure 12.

Figure 12Caractristique idale.

Cette modlisation consiste effectuer une linarisation la serpe de la caractristique lectriquede la diode. Ainsi modlise, la diode est un interrupteur command par la tension anode-cathode VAK(Vd). Si VAK > 0, linterrupteur est ferm et le courant anode-cathode passe. Si VAK < 0, alorslinterrupteur est ferm et le courant anode-cathode est nul (quelques pico ampres en ralit).

Ce schma est utilis pour expliquer le principe de fonctionnement des montages ainsi que dans le,domaine du redressement ou de la commutation. Si les diodes sont employes dans des circuits o

les tensions sont leves (plus de 10 V) : la tension de coude (0,7 V pour les diodes au S i) est alorsngligeable.

VAK= Vd

IAK

A

KK

A


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Modlisation n2 : diode avec seuil

On peut continuer ngliger la rsistance interne, mais tenir compte du seuil de la diode. La

caractristique devient :

Figure 13Caractristique avec seuil.

Du point de vue de lanalogie hydraulique de la diode, la force contre lectromotrice du schmaquivalent correspond la contre pression exerce par le ressort qui maintient le clapet sur sonsige.Cette f.c..m. est de 0,7 V (environ, elle est comprise entre 0,6 et 0,7 V) pour les diodes au silicium.Les diodes au germanium, qui sont rares, ont une f.c..m. de 0,3 V. Les diodes lectroluminescentesont des f.c..m. variables, avec la longueur donde mise, entre 1,3 et 3,8 V.Ce schma est le plus utilis pour les calculs o lon recherche une certaine prcision. Il est donc utiliser si la source dlivre une tension infrieure une dizaine de volts ou dans le domaine de

llectronique du signal lorsque le courant reste faible devant le courant maximum.

VAK= Vd

IAK

0,7 V

0,7 V

A

A

K

K

K

A


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Modlisation n3 : diode avec seuil et rsistance

Ici, on prend en compte la rsistance de la diode. Ceci peut tre utile si on utilise la diode en petits

signaux alternatifs et qu'on a besoin de sa rsistance dynamique.

Figure 14Caractristique avec seuil et rsistance.

La linarisation de la caractristique lectrique est plus fine, les morceaux de droite pousent mieux lacourbe.Du point de vue de lanalogie hydraulique de la diode, en plus de prendre en compte la force contrelectromotrice V0 = 0,7 V ( contre pression exerce par le ressort qui maintient le clapet sur sonsige), on prend en compte la rsistance dynamique de la diode. Cette rsistance dynamique peuttre interprte comme la rsistance au passage du fluide introduite par le rtrcissement du tuyau du

au sige du clapet.

Comme lanalogie hydraulique le laisse supposer, cette rsistance est petite, au alentour de 20 .On parle de rsistance dynamique car elle varie avec lintensit qui traverse la diode. La pente dela caractristique lectrique nest pas constante comme dans le cas dune rsistance ohmique . Larsistance dynamique est la drive de la caractristique lectrique en un point :

( )( )d

d u f i uR

di i

= =

Attention : Dans le cas de la diode, on considre souvent que la rsistance dynamique est constante.Cela n'est vrai que si la variation du signal alternatif est trs petite autour du point de polarisation en

continu.Cette caractristique est utilise dans le domaine du redressement, lorsquon travaille avec de faiblestensions de source et des forts courants.

VAK= Vd

IAK

0,7 V

0,7 V

Rd

A

A

A

K

K

K


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Exemple dutilisation des 3 modles de la diode

Un gnrateur de tension ( ) ( )sine t E t = alimente un circuit constitu dune diode 1N4006 et dune

rsistance. La frquence de fonctionnement correspond celle du rseau industriel (50 Hz).

Figure 15

La diode 1N4006 a pour caractristiques :

MAXIMUM RATINGS

Rating Symbol 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 Unit

Peak Repetitive Reverse Voltage VRRM 50 100 200 400 600 800 1000 VWorking Peak Reverse Voltage VRWM

DC Blocking Voltage VR

NonRepetitive Peak Reverse Voltage(halfwave, single phase, 60 Hz)

VRSM 60 120 240 480 720 1000 1200 V

RMS Reverse Voltage VR(RMS) 35 70 140 280 420 560 700 V

Average Rectified Forward Current IO 1.0 A

(single phase, resistive load,

60 Hz, TA= 75C)

NonRepetitive Peak Surge Current(surge applied at rated load conditions)

IFSM 30 (for 1 cycle) A

Operating and Storage Junction TJ 65 to +175 C

Temperature Range Tstg

Maximum ratings are those values beyond which device damage can occur. Maximum ratings applied to the device areindividual stress limit values (not normal operating conditions) and are not valid simultaneously. If these limits are exceeded,device functional operation is not implied, damage may occur and reliability may be affected.

ELECTRICAL CHARACTERISTICS

Rating Symbol Typ Max Unit

Maximum Instantaneous Forward Voltage Drop, (iF= 1.0 Amp, TJ= 25C) vF 0.93 1.1 V

Maximum FullCycle Average Forward Voltage Drop, (IO= 1.0 Amp, TL= 75C, 1 inch leads) VF(AV) 0.8 V

Maximum Reverse Current (rated DC voltage) (TJ= 25C) (TJ= 100C) IR 0.051.0

10 50 A

Maximum FullCycle Average Reverse Current, (IO= 1.0 Amp, TL= 75C, 1 inch leads) IR(AV) 30 A

Re(t)

Di

Ru

Du


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Le tableau ELECTRICAL CHARACTERISTICS indique sur sa premire ligne une chute de tensionmaximum de 1,1 V pour 1 A 25C.La diode 1N4006 est une diode au silicium, on a donc une tension de seuil de 0,6 V 25C et la

rsistance dynamique peut tre calcule par :1,1 0,6

0,51d

R

= = .

Afin dillustrer lutilisation des trois modles de la diode, nous allons reprsenter les graphes de latension uD= f(t) et uR= f(t) pour trois cas diffrents. Pour le circuit utilis, la loi des mailles donne :

( ) ( ) ( )D Re t u t u t = +

Premier cas : Emax= 200 V et R = 1000 .

La diode permet ce fonctionnement car la tension inverse maximum est de 600 V (ici, nous aurons

200 V < 600 V) et le courant direct de crte ne sera que de

200

0,2 A1000= < 1 A (courant moyenmaximum admissible).

La tension maximale de la source est de forte valeur, cela nous incite choisir le modle n1. Ladiode est quivalente soit un interrupteur ferm, soit un interrupteur ouvert. Le passage de lun lautre de ces deux modles se fait lorsque e(t) = 0 (voir Figure 16).

( ) 0e t , la diode conduit et est remplac par un interrupteur ferm, nous obtenons :

o 0D

u = et ( )Ru e t=

( ) 0e t , la diode est bloque et est remplace par un interrupteur ouvert. Le courant est nul,

nous avons :

o ( )Du e t= et 0Ru =

Re(t) > 0

Di

( )Ru e t=

0D

u =

Re(t) < 0

Di = 0

0R

u =

( )Du e t=


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0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-200

0

200

tension de la source e(t)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-200

-100

0

100

tension aux bornes de la diode

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-100

0

100

200

tension aux bornes de R Figure 16

Deuxime cas : Emax= 2 V et R = 1000 .

La tension dlivre par la source tant faible ( 2

0,2 < 0,610 10

E= = , rgle du dixime), on ne peut

plus ngliger la tension de seuil. Cependant, le courant restant faible, nous utiliserons le modle n2.La diode est quivalente, soit un rcepteur idal de tension, soit un interrupteur ouvert. Lepassage dun modle lautre de ces deux modles se fait pour e(t) = 0,6 V. La Figure 17donne lescourbes obtenues pour les tensions aux bornes de la diode et de la rsistance.

( ) 0,6 Ve t , la diode conduit et est remplac par un rcepteur idal de tension 0,6 V, nousobtenons :

o 0,6 VDu = et ( ) 0,6Ru e t=

R = 2 e(t) > 0,6 V

D

i

( ) 0,6Ru e t=

0,6 VD

u =

+


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( ) 0,6 Ve t , la diode est bloque et est remplace par un interrupteur ouvert. Le courantest nul, nous avons :


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-2

-1

0

1

2


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-2

-1

0

1


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-0.5

0

0.5

1

1.5

tension aux bornes de R

0,6 V

Figure 17

Re(t) < 0,6 V

Di = 0

0R

u =

( )Du e t=


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Troisime cas : Emax = 2 V et R = 2 .

Le courant devient important (le courant de crte est de 1 A soit gal au maximum du courant moyenadmissible). Il sagit dans ces conditions de tenir compte de la rsistance dynamique de la diode (quenous supposerons constante), lutilisation du modle n3 simpose donc.

La diode est quivalente, soit un rcepteur idal de tension en srie avec Rd, soit un interrupteurouvert. Le passage de lun lautre de ces modles seffectue lorsque e(t) = 0,6 V.

( ) 0,6 Ve t , la diode conduit et est remplac par un rcepteur idal de tension 0,6 V ensrie avec la rsistance directe Rd= 0,5 , nous obtenons :

( ) ( )0,6 2sin 0,62,5

d

e t ti

R R

= =

+

Ru R i=

0,6D du R i= +

Les valeurs maximales obtenues sont :

max

2 0, 60,56 A

2,5i

= =

max2 0,56 1,12 V

Ru = =

max0,5 0,56 0,6 2 1,12 0,88 V

Du = + = =

( ) 0,6 Ve t , la diode est bloque et est remplace par un interrupteur ouvert. Le courantest nul, nous avons :


e(t) > 0,6 V R = 2

Diode

i

Ru Du

+Rd

Re(t) < 0,6 V

Di = 0

0R

u =

( )Du e t=


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21

La Figure 18montre les tensions aux bornes de la diode et de la rsistance R dans le cas n3.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-2

-1

0

1

2


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-2

-1

0

1


0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04-0.5

0

0.5

1

1.5

tension aux bornes de R

0,6 V

Figure 18


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22

Utilisation

Il existe divers types de diodes correspondant des technologies diffrentes. Chaque technologie

prsente le meilleur compromis pour une utilisation donne.Nous allons balayer les applications des diodes en les classifiant par groupe technologique.

Paramtres essentiels des diodes

En fonction de l'application considre, on s'intressera certains paramtres des diodes plutt qu'd'autres. Certains paramtres ne sont pas spcifis pour tous les types de diodes, sauf les suivantsqui sont incontournables :

- VF: tension de coude de la diode spcifie un courant direct donn.- IF: courant direct permanent admissible par la diode la temprature maxi de

fonctionnement.- IFSM: courant temporaire de surcharge (rgime impulsionnel). En gnral, pour un courant de

surcharge donn, le constructeur spcifie l'amplitude des impulsions, leur dure, le rapportcyclique, et dans certains cas, le nombre maxi d'impulsions qu'on peut appliquer.

- VR: c'est la tension inverse maxi admissible par la diode (avant l'avalanche).- IR : c'est le courant inverse de la diode. Il est spcifi une tension inverse donne, et pour

plusieurs tempratures (gnralement 25C et Tmax). Ce courant n'est pas seulement celuid aux porteurs minoritaires. Il provient aussi des courants parasites la surface de la puce(le silicium est passiv par oxydation, et il peut subsister des impurets qui vont permettre lepassage de faibles courants). Le boitier d'encapsulation de la puce de silicium est aussisource de fuites.

Ces symboles sont ceux gnralement employs par les diffrents constructeurs, mais il peut y avoirdes variantes, et il est toujours sage de se reporter la documentation du constructeur pour savoircomment sont spcifis les paramtres, et quoi ils correspondent exactement.


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Diodes de redressement

Une des principales applications de la diode est le redressement de la tension alternative du secteur

pour faire des gnrateurs de tension continue destins alimenter les montages lectroniques (entreautres).Il y a deux types principaux de diodes de redressement : la diode standard pour le redressementsecteur classique, et la diode rapide pour les alimentations dcoupage.

Caractristiques physiques

Les diodes de redressement standard sont les moins sophistiques, et ne font l'objet d'aucuntraitement particulier, les conditions d'utilisations tant peu contraignantes.Elles ont des tensions VR comprises entre 50 et 1000V environ, et les courants IF vont de 1A plusieurs centaines d'ampres.Avant le systme de redressement, on a presque toujours un transformateur qui sert abaisser la

tension secteur (les montages lectroniques fonctionnent souvent sous des tensions de polarisationallant de quelques volts quelques dizaines de volts), et qui sert aussi isoler les montages dusecteur.

Caractristiques lectriques :- courant : 1 10 A ;- tension : 50 3 000 V ;- temps de recouvrement : de lordre de 20 s.

Caractristiques lectriques des diodes de puissances :- tension : 50 3 200 V ;- courant : 5 800 A.


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Redressement simple alternance

C'est le redressement le plus simple qui soit : quand la tension aux bornes du transformateur Vtdpasse la tension de seuil de la diode, celle-ci conduit, laissant passer le courant direct dans lacharge. La tension aux bornes de la charge Vr est alors gale la tension aux bornes dutransformateur moins la tension directe VFde la diode.

Figure 19Redressement avec une diode.

Quand la tension aux bornes du transformateur devient infrieure la tension de seuil, la diode estbloque ; il ne subsiste que le courant de fuite, qui est ngligeable en comparaison du courant direct.

La tension aux bornes de la diode est alors gale celle aux bornes du transformateur : il faudrachoisir une diode avec une tension VR au minimum gale la tension crte du secondaire dutransformateur.


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Redressement double alternance

Avec transfo double enroulement ou transformateur point milieu

Figure 20Redressement avec transfo double sortie.

Le montage prcdent prsente l'inconvnient de ne laisser passer que la moiti du courant que peutdlivrer le transformateur. Pour remdier cela, on utilise un transformateur avec deux enroulementssecondaires que l'on connecte de manire ce qu'ils dlivrent des tensions en opposition de phase.

Dans ce cas, tout se passe comme si on avait deux montages identiques celui de la Figure 19quifonctionnent l'un pour l'alternance positive, l'autre pour l'alternance ngative. On vrifie bien (Figure 21et Figure 22) que le courant dans la charge est toujours orient dans le mme sens.

Figure 21Alternance positive.

Figure 22Alternance ngative.

On notera la chute de tension dans les diodes : elle devient non ngligeable quand les tensions

alternatives sont faibles, en dessous dune vingtaine de volts.


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Les diodes sont plus sollicites que pour le montage simple alternance : en effet, la diode qui neconduit pas devra supporter en plus de la tension aux bornes de son secondaire de transformateur, latension aux bornes de la rsistance. Au total, elle devra supporter une tension V R double de cellerequise dans le montage simple alternance, soit deux fois la tension crte prsente sur chacun dessecondaires.

Avec pont de Gratz

Figure 23Fig.13. Redressement avec pont de diodes.

Il existe une autre manire de faire du redressement double alternance, ne ncessitant pas un

transformateur double enroulement : on utilise 4 diodes montes en pont, dit pont de Gratz .Des ponts tous faits sont disponibles dans le commerce, permettant de rduire le nombre decomposants du montage.Lorsque la tension aux bornes du transformateur est positive, D1 et D4 conduisent, et quand elle estngative, D2 et D3 conduisent (Figure 24et Figure 25).

Figure 24

Alternance positive.

Figure 25Alternance ngative.

Chaque diode n'a supporter qu'une fois la tension crte du secondaire du transformateur (contre

deux fois pour le montage prcdent), mais en revanche, on a deux tensions directes de diode ensrie. La puissance totale dissipe dans les diodes est double par rapport la solution prcdente.


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Quelle solution choisir ?

Quand on en aura la possibilit, on prfrera la solution transformateur point milieu, pour plusieursraisons :

- le transformateur n'est pas plus cher que celui secondaire simple.- avec un transformateur un seul secondaire, on ne peut pas faire d'alimentation double

symtrique en redressement double alternance. Ce type de transformateur est moinsuniversel.- le fait que les diodes aient tenir une tension double n'est pas un problme dans la plupart

des cas, car les tensions redresses sont trs souvent bien infrieures aux tensions VRminimum des diodes disponibles dans le commerce.

- dans le montage en pont, la charge est flottante par rapport au transformateur, ce qui peuttre gnant dans certains cas.

Filtrage

Les montages prcdents dlivrent des tensions redresses continues mais ondules.Pour obtenir une tension quasiment lisse, il suffit de mettre un gros condensateur en parallle avec lacharge.

Redressement simple alternance

Ici, la charge est absolument quelconque, et peut tre un montage lectronique complexe ayant uneconsommation en courant alatoire.

Figure 26Redressement simple alternance et filtrage.

Sur le graphique du bas de la Figure 26, on voit en pointill la tension redresse telle qu'elle seraitsans condensateur. En traits pleins pais, on voit la tension filtre.Sur ce graphe, le courant de dcharge du condensateur est linaire : il correspond l'hypothse dedcharge courant constant.

Le fonctionnement est simple : quand la tension aux bornes du transformateur est suprieure latension aux bornes du condensateur additionne de la tension directe de la diode, la diode conduit. Le

transformateur doit alors fournir le courant qui va alimenter la charge et le courant de recharge ducondensateur.


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Quand la tension du transformateur devient infrieure celle du condensateur plus la tension decoude de la diode, la diode se bloque. L'ensemble condensateur-charge forme alors une boucle isoledu transformateur.Le condensateur se comporte comme un gnrateur de tension, et il restitue l'nergie accumuledans la phase prcdente.A noter que la tension aux bornes du condensateur tant en permanence voisine de la tension crte

positive du transformateur, lorsque celui-ci fournit la tension de crte ngative, la diode doit supporterdeux fois la tension crte dlivre par le transformateur : on perd le seul avantage (hormis lasimplicit) du montage redressement simple alternance.

Calcul du condensateur : dans la littrature, on trouve classiquement le calcul du condensateur pourune charge rsistive. La dcharge est alors exponentielle et le calcul inutilement compliqu.Ce calcul est assez loign des besoins rels : en gnral, on ne fait pas des alimentations continuespour les faire dbiter dans des rsistances !

Trs souvent, ces alimentations redresses et filtres sont suivies d'un rgulateur de tension. Lacharge est frquemment un montage complexe ayant une consommation variable au cours du temps.Pour faire le calcul du condensateur, on prendra donc une dcharge courant constant, le courantservant au calcul tant le maximum (moyenn sur une priode du secteur) consomm par la charge.

Le critre de choix ne sera pas un taux d'ondulation qui n'a souvent aucune utilit pratique, mais unechute de tension maximum autorise sur le condensateur pour que le montage connect en avalfonctionne correctement.

Avec ces hypothses, le calcul du condensateur devient trs simple : On considre que lecondensateur C se dcharge courant Imax constant pendant un temps T et que la chute de satension est infrieure V.

On a alors la relation :

maxC V I T = [3]

Le temps T choisi va tre la priode du secteur. En pratique, le condensateur va se dcharger moinslongtemps (Figure 26), le calcul effectu conduit donc le surdimensionner lgrement.

En fait, l'erreur commise est trs faible compare la dispersion que l'on aura sur le rsultat due ladispersion de la valeur des composants, et notamment des condensateurs de filtrage : on utilise descondensateurs chimiques qui ont des tolrances trs larges (-20% / +80% en gnral). Lestransformateurs possdent, eux aussi, des caractristiques assez disperses, ce qui fait qu'au final,mieux vaut prvoir large pour viter les mauvaises surprises !

Pour un redressement simple alternance, on aura un T de 20ms, qui correspond l'inverse de lafrquence secteur 50 Hz. La valeur du condensateur est alors :

maxICf V

=

[4]

Il faudra veiller choisir un condensateur supportant au moins la tension crte du transformateur vide (la tension sera plus faible en charge du fait des chutes de tensions diverses (impdance dutransformateur, diode ).


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Redressement double alternance

Les hypothses seront les mmes que prcdemment. La seule diffrence viendra du temps T ; vuqu'on a un redressement double alternance, la frquence du courant redress est double de celle dusecteur. La formule de calcul du condensateur devient donc :

max

2I

Cf V

=

[5]

Comme dans la formule [4], f est la frquence secteur (50Hz en France).A chute de tension gale, le condensateur sera donc deux fois plus petit que pour le redressementsimple alternance, ce qui est intressant, vu la taille importante de ces composants.La diode aura tenir deux fois la tension crte dlivre par chaque enroulement du transformateur.

Figure 27Redressement double alternance et filtrage.

Exemple de calcul de condensateur :

On ralise une alimentation continue dont la tension de sortie est gale 20 V. Elle peut dlivrer uncourant maximum de 100 mA. Son schma est celui de la Figure 27. Dterminons la valeur ducondensateur de filtrage afin dobtenir une ondulation crte crte de 1 V (aux bornes ducondensateur).Le courant fournit par le condensateur dans sa phase de dcharge est voisin de I max. La formule [5]

permet dcrire : max 0,1

1 mF 1000 F2 2 50 1

IC f V

= = = = .

La Figure 27montre londulation de la tension aux bornes du condensateur pour une valeur trop faiblede ce dernier et la Figure 28montre le rsultat correspondant au rsultat du calcul (C = 1 mF).

Chaque secondaire du transformateur doit fournir une tension crte de 20 + 1 + 0,7 = 21,7 V.Le rapport de transformation (indispensable spcification du transformateur) peut tre obtenu demanire approche en faisant le quotient des valeurs crtes :

secondaire 3

primaire

V 21,769,7 10 0,07

220 2Vm

= =


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Figure 28

Ondulation de la tension pour un condensateur de 100 F

Figure 29

Ondulation de la tension pour un condensateur de 1000 F


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Fonctionnement des diodes et transformateurs

On peut remarquer Figure 26 et Figure 27 que les diodes ne conduisent pas pendant toutel'alternance du secteur, mais seulement pendant un temps trs court vis vis de cette alternance.L'nergie qui est restitue par le condensateur dans la phase de roue libre doit tre au pralablestocke pendant ce court temps de conduction des diodes.La consquence de ceci, c'est que pour assurer un certain courant moyen dans la charge, l'ensembletransformateur-diode devra dbiter un courant de crte beaucoup plus intense que le courant moyenlors des phases de conduction des diodes (environ 15 fois le courant moyen).

La chute de tension dans les diodes sera alors importante (plus prs d'1 V que de 0,6 V) ainsi que lachute de tension dans les impdances du transformateur.Il ne faudra pas perdre ces considrations de vue quand on voudra calculer l'alimentation au plusjuste !

L'autre consquence est le dmarrage de l'alimentation : lorsqu'on branche le transformateur sur lesecteur, on peut se trouver au maximum de tension de l'alternance secteur. La charge dutransformateur, principalement constitue du condensateur de filtrage, sera l'quivalent d'un court-circuit. Le courant d'appel sera alors uniquement limit par limpdance interne du transformateur(quelques diximes d'ohms quelques ohms), et il sera trs intense : les diodes devront supporter cecourant (paramtre IFSM).

Alimentations doubles symtriques

Si on analyse le fonctionnement du redresseur double alternance transformateur point milieu, ons'aperoit que chaque secondaire dbite du courant seulement pendant une alternance. L'autrealternance serait susceptible de fournir un courant ngatif.Partant de cette constatation, on peut imaginer facilement une alimentation double symtrique, avec 4

diodes dispose en pont : deux diodes vont conduire les alternances positives des secondaires dutransformateur, et les deux autres les alternances ngatives.Le point milieu du transformateur sera le potentiel commun des deux alimentations.

Figure 30Alimentation double positive et ngative.

On peut bien videmment mettre un condensateur aux bornes de chacune des charges pour filtrer lestensions redresses obtenues.Ces alimentations sont incontournables dans les montages symtriques o il est ncessaired'amplifier des tensions continues, et notamment dans les montages amplificateurs oprationnels


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Doubleur de tension

Certaines applications ncessitent des tensions continues trs leves (quelques milliers de volts). On

pourrait les obtenir avec un transformateur lvateur et un redressement / filtrage classique.Il existe une solution moins onreuse base de diodes et de condensateurs : c'est le doubleur detension.Le montage de la Figure 31se dcompose en deux : redressement / filtrage par la cellule D1 / C1,puis dtecteur de crte D2 / C2.

Figure 31Doubleur de tension de Schenkel.

Aux bornes du condensateur C1, si la charge est infinie, la tension Vc restera constante et gale latension crte du transformateur.

La diode D1 verra ses bornes la tension Vt + Vc, dont la valeur crte est gale deux fois la tensioncrte du transformateur. Tout se passe comme si la tension du transformateur avait t translated'une fois la valeur de la tension crte.

Il suffit alors de filtrer cette tension sa valeur de crte avec D2 et C2 : on obtient une tensioncontinue gale deux fois la tension crte du transformateur.

Il est possible de continuer ce raisonnement, et en ajoutant d'autres cellules semblables celle dudoubleur, on peut tripler, quadrupler ou plus les tensions.

Ces montages sont utiliss entre autres pour gnrer les tensions d'acclration des tubesd'oscilloscopes ou de tlvision (2 5 kV). On remarquera qu'ils ne peuvent pas dbiter beaucoup decourant (les tensions mises en jeu ne permettent pas d'utiliser des condensateurs de forte valeur), etdonc, ils sont plutt destins des applications quasi statiques.


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Diodes Zener

Caractristique

Figure 32Caractristique d'une diode Zener idale et schma quivalent.

Caractristiques lectriques :- tension de rgulation : 2 V 300 V (par paliers de 0,2 0,5 V) ;- puissance : 2 3,5 W.

L'effet Zener concerne la caractristique inverse de la diode.En direct, une diode Zener se comporte comme une diode normale.En inverse, on fait en sorte que par construction l'effet Zener et / ou d'avalanche se produise unetension bien dtermine, et ne soit pas destructif. La caractristique inverse prsente alors l'allure d'ungnrateur de tension trs faible rsistance interne (quasiment idal donc).

En gnral, les constructeurs spcifient :- la tension d'avalanche Vzt pour un courant dtermin Izt (les valeurs de tension sont

normalises) ;- ce point de fonctionnement Vzt / Izt, on donne la rsistance dynamique de la diode rzt ;- le courant Izm pour lequel la puissance dissipe dans le composant sera le maximum

admissible ;- on indique aussi le coefficient de variation en temprature de la tension Vzt.

En dessous de Vzt = 5V, c'est l'effet Zener qui prdomine. Au dessus, c'est l'effet d'avalanche.L'effet Zener est affect d'un coefficient de temprature ngatif (Vzt diminue quand la tempratureaugmente), et l'effet d'avalanche d'un coefficient positif. Les diodes ayant une tension Vzt d'environ 5Vont un coefficient de temprature nul, car les deux phnomnes se produisent de manire quilibre,et leurs effets se compensent.

L'effet d'avalanche est plus franc que l'effet Zener, ce qui fait que le coude de tension inverse est plusarrondi pour les diodes Zener de faible tension.

VAK> 0

IAK

+

tension de Zener

Vz

Vz

VAK< 0

A

K

A

K

rcepteur

rcepteur

gnrateur

gnrateur

iziz


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Les diodes optimales en termes d'arrondi de coude et de rsistance dynamique ont des tensionsZener voisines de 6 7V.

Schma quivalent :

Pour simplifier les calculs, et comme pour la diode, on va dfinir un schma quivalent approchant laralit.Si on utilise le composant suffisamment loin du coude, le schma suivant (Figure 33) modlise bien lecomportement d'une diode Zener :

Figure 33Caractristique d'une diode Zener relle et schma quivalent.

On dfinit une tension de coude Vzo, et une rsistance interne constante Rz.Ce schma sera utiliser avec beaucoup de prudence sur des Zeners de faible tension (< 5V) : leurcoude est trs arrondi, et la rsistance dynamique varie beaucoup avec le courant. Pour des tensionssuprieures 5V, il n'y aura en gnral pas de problmes.

La puissance dissipe dans une diode Zener est la somme du produit Z ZV i et du produit Z ZR i . Si

lon utilise le modle de la Figure 32, cette puissance vaut simplement : Z ZV i .Cette puissance est intgralement dissipe en chaleur, videmment il ne faut pas franchir le seuil

maximum correspondant la destruction de la diode. Il faut donc que le courant traversant la diodeZener soit limit : max 0

IAK

+

tension de Zener

Vz

Vz

VAK< 0

A

K

A

K

AKZ

AK

VR

i

=


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Modle hydraulique de la diode Zener

Figure 34Modle hydraulique de la diode Zener

Le fluide peut passer dans les deux sens. Du haut vers le bas, le fluide peut passer par la branche de

gauche ou il ne rencontrera quune contre pression de 0,7 V (diode ordinaire au silicium).Du bas vers le haut, le fluide ne peut passer que par la branche de droite. Il est soumis une contrepression plus grande (2,4 V < VZ< 270 V).

A

K

Ressort de raideur VZ

Ressort de raideur 0,7 V

Anode A

Cathode K


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Rgulation de tension

De par leurs caractristiques de gnrateur de tension, ces diodes sont idales pour rguler des

tensions continues ayant une ondulation rsiduelle non ngligeable (cas des tensions redressesfiltres).

Figure 35Rgulation de tension avec diode Zener.

Il est ncessaire d'intercaler une rsistance (ou un gnrateur de courant) entre le gnrateur detension filtre et la Zener de rgulation : ces deux lments ayant des caractristiques de gnrateursde tension faible rsistance interne, on ne peut pas les brancher directement l'un sur l'autre sans lesdtruire.Pour que la Zener fonctionne et assure son rle de rgulateur, il faut qu'un courant Iz non nul circuleen permanence dans ce composant, et ce quelles que soient les variations de la tension d'entre Vcet de la charge Ru.

La rsistance R assure donc le rle de polarisation de la Zener, et elle sera calcule pour que lacondition nonce ci-dessus soit remplie. Il faudra aussi veiller ce que le courant Iz ne dpasse pasle courant Izm, sous peine de dtruire le rgulateur.

Figure 36Schma quivalent du rgulateur

Lorsque la polarisation est correcte, on peut faire le schma quivalent du montage. La tensiond'entre du rgulateur a t scinde en une tension continue (la tension moyenne aux bornes ducondensateur), et une tension alternative (l'ondulation).

On peut dfinir deux coefficients de stabilisation pour caractriser ce montage. En effet, il est loind'tre parfait, et la tension de sortie va varier lorsque la tension d'entre et / ou la charge vont varier.

On distingue deux coefficients :

- Stabilisation amont : ce coefficient est reprsentatif de la sensibilit du montage auxvariations de la tension non rgule, et ceci charge constante . Si on utilise les notations dela Fig. 27, c'est le rapport ( Vz/ Vc)Iu = cte.

- Stabilisation aval : ce coefficient est reprsentatif de la variation de la tension de sortie quandle courant dans la charge varie (Ru varie de Ru), et ceci tension d'entre constante. C'estle rapport ( Vz/ Iu)Vc = cte, soit en fait, l'impdance de sortie du montage . Ce paramtre esttrs important dans tous les rgulateurs de tension.


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Il est plus simple pour calculer ces coefficients d'utiliser le schma quivalent alternatif petits signaux.On retire alors toutes les sources de tension continues.

Figure 37Schma quivalent petits signaux.

Pour le coefficient de stabilisation amont, on a ://

//u zz

c u z

R RV

V R R R

=

+[6]

Comme en gnral Ru >> Rz, cette formule devient :

z z

c z

V R

V R R

+

[7]

On voit le dilemme : plus R est grand, plus la stabilisation amont est bonne, mais en contrepartie, quelgchis ! Il faudrait prvoir des tensions filtres trs grandes par rapport aux tensions rgules pouravoir un bon coefficient de rgulation. Cela ferait beaucoup d'nergie perdue dans R. Pour pallier cetinconvnient, on remplace R par un gnrateur de courant : la chute de tension ses bornes pourratre petite, et par contre, sa rsistance interne (celle qui va servir pour le calcul en remplacement deR) sera trs grande : on a les deux avantages, une trs bonne rgulation et un bon rendement.Le coefficient de stabilisation aval est gal l'impdance de sortie du montage ; c'est la rsistance dugnrateur de Thvenin quivalent, soit :

//S zR R R= [8]

R tant souvent trs suprieur Rz, on obtient :

S zR R [9]

Dans ce cas, il n'y a pas grand chose esprer d'un artifice quelconque pour amliorer cette valeur,sauf rajouter dautres composants actifs comme des transistors.En gnral, on rajoute toutefois un condensateur en parallle avec la Zener : son impdance vientdiminuer celle du montage aux frquences leves. C'est avantageux si le montage aliment a uneconsommation en courant avec des composantes hautes frquences. Ce condensateur diminueaussi le bruit interne de la Zener qui est assez important.

Ce type d'alimentation est appel rgulateur shunt, car le courant de rgulation Iz est driv lamasse.En pratique, ces rgulateurs sont utiliss dans des montages simples ncessitant peu de puissance.


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Exemple : Raliser une alimentation stabilise 12v - 30mA, partir dune source de tension constante24v.

On choisit une diode Zener BZX 55 - C12, dont les caractristiques techniques sont: Vz = 12v,Pz = 500 mW, Izmaxi = 32 mA. On suppose Izmini = 0 (diode parfaite).

1. Calculer la valeur de la rsistance de protection (pour R ).

3

24 12375

32 10pR

= =

on choisira une valeur normalise : Rp = 390 W.

2. Calculer, dans ces conditions, la puissance dissipe dans la rsistance.212

0,37 W390

P= = on prend: P = 0,5 W.

3. Quel est le courant que peut dbiter lalimentation?24 12

0 30,7 mA390Z r

I I

= = =

4. Quel est le courant maximal qui peut traverser Rp?24

0 61,5 mA390

R I= = =

5. Calculer alors la puissance dissipe dans Rp.224

1,47 W390

P= = on prend 2W


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Diodes avalanche contrle

Les diodes de redressement standard ne sont pas garanties pour fonctionner au del de la tension VR

spcifie. Si on utilise des diodes standard dans des milieux parasits, il se peut qu'on dpassemomentanment la tension inverse maxi et qu'on dtruise la diode.Certaines applications ont besoin de diodes qui ne soient pas dtruites par une entre en avalanche.


Les diodes avalanche contrles sont fabriques dans du silicium de meilleure qualit que lesdiodes standard : meilleure homognit du cristal, traitement de surface pouss limitant les courantsde fuite. La rsistivit du silicium est ainsi plus homogne, et lorsque le phnomne d'avalanche seproduit, c'est dans tout le volume du cristal qui peut alors supporter des puissances trs levespendant quelques dizaines de microsecondes.

Ces diodes sont svrement tries en fin de fabrication pour dtecter les dfauts ventuels.On spcifie en plus des IRet VRstandards une tension inverse maxi pour un courant inverse donn.

Protection contre les surtensions

Une des applications est l'utilisation dans des milieux parasits : des surtensions brves (quelques s)d'une amplitude trs suprieure la tension VR de la diode peuvent apparatre : la diode vafonctionner en avalanche, et limiter la surtension parasite. Ce phnomne ne sera pas destructif car ladiode est conue pour fonctionner en avalanche sans tre dtruite.

Mise en srie de diodes

Lorsqu'on veut bloquer des fortes tensions sans faire appel des diodes spciales haute tension(chres et difficiles se procurer), on peut mettre en srie plusieurs diodes dont la somme des VRsera suprieure la tension bloquer.Si on met en srie des diodes ordinaires, les tensions ne vont pas se rpartir de faon gale pourtoutes les diodes comme le montre la Figure 38.

Figure 38Caractristiques de deux diodes.

Si on met les deux diodes de cet exemple en srie, sans autres composants en parallle, le courantde fuite sera le mme pour les deux diodes, et tel que VD1 + VD2 = U, tension totale bloquer ; VD1et VD2 sont les tensions aux bornes des diodes D1 et D2 pour le courant de fuite commun IR.La diode D1 qui fuit plus que l'autre tension donne va imposer un courant IR entranant une tensionaux bornes de D2 suprieure la tension de claquage VR: D2 va tre dtruite par avalanche.


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Dans le cas gnral o on met plusieurs diodes en srie, la rupture de la premire entrane ladestruction en chane de toutes les autres diodes.La solution est dans les diodes avalanche contrle : les courants de fuite (hors porteursminoritaires) sont trs rduits par construction, et une ou plusieurs diodes peuvent rentrer enavalanche sans problmes. Le courant de fuite tant faible, la puissance dissipe restera dans leslimites admissibles par le composant.

Diodes de redressement rapides

Notions de charge recouvre

Nous avons dj mentionn le phnomne de diffusion au travers de la jonction PN : les lectronsmajoritaires de la zone N franchissent la jonction et tendent neutraliser les trous de la zone P et viceversa.Quand la jonction est polarise en direct, le champ lectrique externe s'oppose au champ lectriqueinterne cre par les ions dpossds de leur lectron (zone N) ou trou (zone P) libres, et permet ainsiune plus grande diffusion des porteurs majoritaires dans la rgion de type oppos o ils deviennent

minoritaires. Ils se recombinent alors avec une charge de signe oppos.Ce phnomne de recombinaison n'est pas instantan : les porteurs ont une dure de vie t gale environ 1ms dans le silicium. Il existe donc dans le cristal des charges en excs de part et d'autre dela jonction, la manire de charges prsentes sur les armatures d'un condensateur.On associe d'ailleurs cette charge, appele charge stocke, une capacit appele capacit dediffusion.Si on inverse brusquement la polarit aux bornes de la diode pour la bloquer, ces porteurs vont secomporter de la mme manire que les porteurs minoritaires en rgime inverse tabli : ils vont treattirs de l'autre ct de la jonction par le champ lectrique externe et vont former un courant intensequi va s'ajouter au courant de fuite Is, jusqu' ce que la charge stocke disparaisse.Ce courant va dcrotre jusqu' devenir nul pendant un temps tRR appel temps de recouvrementinverse.La charge stocke est d'autant plus importante que le dopage est important. Le dopage intervenant

directement dans la conductivit du cristal, il se pose le problme pour les diodes de puissance quincessitent une conductivit, et donc un dopage importants.Pour diminuer la charge stocke dans ces composants, on utilise des piges recombinants, qui sontsouvent des atomes d'or. Ils diminuent la dure de vie des porteurs, ce qui induit une charge stockeplus faible.

Utilisation

Ces diodes sont utilises en lectronique de puissance partout o l'on doit commuter trs rapidementdes courants importants. Elles sont le complment indispensable des transistors de puissance

rapides.Des diodes standard sont inutilisables dans ces cas l car elles sont trop lentes. Lors de lacommutation des transistors, elles se comporteraient comme des courts circuits (pendant le temps derecouvrement inverse), ce qui entranerait des surcourants dans les transistors, et leur destructionplus ou moins rapide.


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Diodes de signal

Les diodes prcdemment tudies font intervenir des courants et tensions non ngligeables. Lesdiodes de signal sont utilises dans des applications bas niveaux de courants et tensions.

Caractristiques lectriques :- courant direct : 75 500 mA ;- tension de claquage inverse : 10 300 V ;- temps de recouvrement : 2 2 000 ns.


Les diodes de signal n'ont pas besoin de tenir des fortes tensions inverses : par construction, ellespourront avoir une capacit parasite faible, et donc fonctionner des frquences leves.Ces caractristiques sont obtenues grce une surface de jonction rduite et un faible dopage(diminution des charges stockes).

Dtecteur de crte

Ce dispositif permet de mmoriser la valeur crte d'un signal. Il est trs utilis en instrumentation.C'est, en fait, un redresseur simple alternance avec filtrage dont la charge est quasi nulle (auxcourants de fuite prs) : la constante de temps de dcharge du condensateur est thoriquementinfinie, (trs grande en pratique).Il se charge donc la valeur crte (moins la tension de seuil de la diode) et reste charg cettevaleur.La rsistance R sert limiter le courant de charge du condensateur une valeur raisonnable pour le

gnrateur d'attaque.Lorsque la tension e est suprieure la tension aux bornes du condensateur U plus la tension decoude de la diode, celle ci conduit et charge le condensateur travers la rsistance R.A noter que tel quel, ce montage est inexploitable pour des petits signaux : la tension mmorise parla diode et le condensateur est infrieure la valeur crte du signal d'entre de la tension de seuil dela diode.Il existe une version amliore avec amplificateur oprationnel qui pallie cet inconvnient. Il faut aussiadjoindre ce montage un systme permettant de dcharger le condensateur pour faire une nouvellemesure.

Figure 39Dtecteur de crte.


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42

Dtection AM

En radio diffusion, on ne peut pas mettre correctement un signal audible (20Hz-20kHz) directement

sous forme d'une onde radio-lectrique : il faut passer par un signal haute frquence qui, lui, sepropage (Figure 40).

Figure 40

Signal HF modul en amplitude.

Figure 41Dtecteur grandes ondes .

Le signal haute frquence (quelques centaines de kHz), qu'on appelle la porteuse, est modul enamplitude par le signal audio (basse frquence) mettre. A l'arrive (dans le poste transistors), ondoit sparer les deux signaux. On le fait trs simplement avec une diode et un condensateur (Figure41).

Figure 42

Signal dmodul.

Sans la rsistance R, on aurait un dtecteur de crte comme prcdemment. On dtermine cettersistance de manire ce que la constante de temps RC soit petite devant la priode de la porteuse,et grande devant la priode du signal mettre : on arrive ainsi reconstituer le signal bassefrquence (BF) : c'est la courbe en gras de la Figure 42.


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43

crtage des surtensions

De par leurs caractristiques, les diodes Zener sont idales pour crter des surtension (commutationde selfs ou autres) et sont donc toutes indiques pour la protection d'autre semi-conducteurssensibles ces surtensions.Certains composants comme les transils ont des caractristiques similaires aux diodes Zener,mais peuvent supporter des puissances crte considrables pendant de courts instants. Ils sontutiliss pour protger les installations coteuse contre la foudre et les parasites d'quipementsindustriels (gros moteurs, relais de puissance, commutateurs statiques).

Thermomtres. Compensation thermique

C'est une utilisation importante des diodes. La tension directe des jonctions PN en silicium estaffecte d'un coefficient de temprature ngatif (environ -2mV/C).Certains montages transistors ncessitent une drive minimum en temprature. On peut arriver compenser cette drive l'aide d'une diode couple thermiquement au transistor et placejudicieusement dans son circuit de base (voir chapitre sur les transistors).Cette drive en temprature peut aussi tre utilise comme thermomtre sur un montage. Lorsque ladiode dtecte des tempratures trop leves, elle peut commander un circuit qui va (par exemple)couper certaines fonctions du montage (autoprotection). Cette fonction est trs utilise dans lescomposants intgrs.

Diodes lectroluminescentes

Caractristique

Ces diodes spcifiques base d'arsniure de gallium ont la proprit d'mettre de la lumire dans unebande de frquence dtermine par les caractristiques du matriau employ quand elles sonttraverses par un courant direct.Il en existe de diverses couleurs (jaune, orang, rose, rouge, vert, infrarouges).On les utilise avec un courant direct d'environ 10 20 mA.La tension de coude de ces composants est plus leve que celle des diodes ordinaires, et elledpend de la couleur. Cette tension est comprise entre 1,2 et 3,8 V environ.

Utilisation

On les rencontre partout o on a besoin de tmoins lumineux, et de plus en plus, associes enmatrices pour remplacer des grosses lampes (feux tricolores de circulation par exemple), ou pour fairedes panneaux d'affichage lectroniques (heure, temprature, publicits diverses ).Les diodes infrarouges servent beaucoup dans les tlcommandes d'appareils TV / HIFI. On lesutilise alors avec des forts courants pulss.Des diodes mettant une couleur assez proche du blanc ont fait leur apparition, elles possdent unexcellent rendement et leur dure de vie est considrablement plus leve que celle des ampoules incandescence. Malgr cela, la lumire froide quelles mettent nen fait pas de redoutablesconcurrents des ampoules incandescence.


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44

Autres diodes

Il existe encore beaucoup d'autres varits de diodes. Citons entres autres :

Les diodes Schottky, jonction mtal / semi-conducteur : cette jonction htrogne est caractrisepar l'absence de stockage des charges, elle est donc trs rapide. Elle est trs utilise dans les circuitslogiques rapides (TTL Schottky).

Les diodes varicap: on utilise la variation de la capacit de jonction avec la polarisation inverse dansdes oscillateurs ou des circuits d'accord. On fait alors facilement varier la tension d'oscillation oud'accord en modifiant la tension de polarisation.Caractristiques lectriques :

- tension : 12 32 V ;- courant : 10 200 mA ;- capacit variable : 8 600 pF.

Les diodes stabistor :elles ont un fonctionnement et une utilisation semblable celles des diodesZener pour les trs faibles tensions. Elles servent aussi la polarisation des tages de sortie desamplificateurs en classe B.Caractristiques lectriques :

- tension directe 1 mA : 0,55 1,75 V ;- courant direct : 0,2 2 A ;- tension inverse : 5 40 V.


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45

Les symboles des diffrentes diodes

symbole de la diode classique

symbole, actuellement en vigueur, de la diode Zener

ancien symbole de la diode Zener

symbole de la diode Zener non normalis, mais tout de mmeemploy (cette diode est galement appele diode effet declaquage)

Stabistor (sorte de diode Zener faible tension)

Diode Zener programmable

Double diode Zener (deux diodes Zener mises tte bche)

Diode Schottky

Diode varicap (diode = condensateur variable)

Diode lectro-luminescente ou DEL (L.E.D. en anglo saxon)

Pour une diode infrarouge rceptrice, les flches sont inverses

Diode effet tunnel


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46

Exercices

1. Une diode est utilise dans le montage ci-dessous :

gnrateur

3,3

2,5V

i

E=4,5 V

+

Figure 43

Des relevs effectus sur cette diode branche en direct sont donns dans le tableau ci-dessus :

v (V) 0 0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 0,95 1i (mA) 0 0 10 40 75 150 500 1000

1.1. Tracer la caractristique directe tension-courant de la diode; chelle recommandes :

1 cm pour 0,1 V et 1 cm pour 100 mA.

1.2. Donner la tension de seuil V0de la diode idale quivalente la diode tudie et calculer sa

rsistance dynamique Rd. En dduire le modle lectrique (ou schma quivalent) de ladiode.

1.3. Calculer les coordonnes du point de fonctionnement et tracer la droite de charge pourvrifier graphiquement les rsultats.

1.4. Le gnrateur prcdent est remplac par un gnrateur de rsistance interne ngligeabledlivrant le signal e(t) reprsent Figure 44.

Figure 44Tracer le chronogramme u(t) de la tension aux bornes de la rsistance R en utilisant le modlen2 de la diode.


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47

2. Le dispositif de la Figure 45comprend quatre diodes, supposes idales, deux interrupteurs A etB, deux ampoules X et Y, et une source idale de tension alternative. On admettra que si unediode court-circuite une ampoule, celle-ci est teinte, plus aucun courant lectrique ne traversantle filament.

Etablir la table de vrit dcrivant le fonctionnement du circuit. 1 reprsente un interrupteurferm, 0 ouvert.

Figure 45

A B X Y0 00 1

1 01 1

3. Tracer londe de courant qui traverse la rsistance de 1 k dans le circuit de la Figure 46ensynchronisme avec londe de tension.

Figure 46

A B

X Y


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48

4. On considre le montage de la Figure 47dans lequel les diodes ont pour caractristique la courbeID = f(VD) de la figure 2.

Figure 47

On donne E = 5V, R1 = 10k, R2= 100ket V0 = 0,7V.V1 et V2 sont des tensions gales 0V ou 5V.Dterminer ltat des diodes et calculer les valeurs des tensions VD1, VD2, Vsdans chacun des cassuivants:

a) V1= 0V et V2 = 0V

b) V1 = 5V et V2 = 0Vc) V1= 0V et V2= 5Vd) V1= 5V et V2 = 5V

En supposant que lon attribue le niveau logique 0 des tensions comprises entre 0V et 0,8V et leniveau logique 1 des tensions comprises entre 3V et 5V, donner la table de vrit de ce montage.Quelle est la fonction logique ralise ?

ID

VD0 V0V1

VD1

VD2

ID1

ID2

E

R1

R2VsV2


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49

5. Dans le montage de la Figure 48, les diodes sont supposes parfaites (tension de seuil etrsistance dynamique ngligeables).

R

E

D1

D2

D3E1

E2E3

K

Figure 48

E1=30 V E2=10 V E3=15 V E=10 V R=20

5.1. Montrer quune seule des trois diodes est passante et prciser laquelle est passante.5.2. Dterminer lintensit dans la rsistance R ainsi que les tensions UD1, UD2 et UD3 aux

bornes des diodes.


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50

6. Dans le montage de la Figure 49dans lequel les diodes sont supposes parfaites et lesgnrateurs idaux.

Figure 49

6.1. Quel est ltat de la diode D2. Justifier.6.2. Calculer lintensit i dans les 2 cas suivants : E = 10 V E = 30 V

7. On considre le montage de la Figure 50dans lequel la diode D a une tension de seuil nulle etune rsistance dynamique ngligeable.

Figure 50

7.1. On considre la diode D bloque.7.1.1. Donner le schma quivalent au montage.7.1.2. Dterminer une relation entre e, s, r et RLpuis donner lexpression numrique de s en

fonction de e (en remplaant r et RLpar leurs valeurs numriques).

7.2. On considre la diode D passante.7.2.1. Donner le schma quivalent au montage.7.2.2. Dterminer une relation entre e, s, r, RL, R et E1puis donner lexpression numrique de

s en fonction de e.

7.3. Reprsenter la courbe s = f(e) pour -10V e +10V en indiquant les coordonnes des pointsremarquables (pour les valeurs extrmes de e et pour le point de cassure de la courbe).

Justifier lallure de la courbe.

r = 100RL= 1000R = 250E1= 3V

r

RRLe s

D

E1

i2

i1

i

+

E 20

1 A

I

D2D1


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51

8. Soit le circuit diode de la Figure 51. Calculer le courant I avec les trois approximations de ladiode (court-circuit, source de tension, source de tension et rsistance).On utilisera successivement les trois modles de la diode avec considrer VAK= 0.7V et R = 1.

Figure 51

+

10 V

2

2

10 A

I


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52

9. Le schma de la Figure 52reprsente un chargeur de batterie :

Figure 52

La tension dlivre par le gnrateur est: ( )20sinv t= . La diode D est suppose idale. La tension

de la batterie, considre comme constante, a pour valeur 6,3 V. La rsistance R limite le courant idans le circuit.9.1. Reprsenter en fonction du temps les variations de v, i et uD.9.2. Quelle valeur faut-il donner R pour limiter 5 A le courant de crte qui traverse la diode?9.3. Dans ce montage, quelle est la tension inverse maximum aux bornes de la diode?9.4. Calculer les valeurs de t qui correspondent un changement dans le comportement de la

diode.9.5. tablir lexpression du courant instantan, la rsistance R ayant la valeur trouve

prcdemment.9.6. Calculer la valeur moyenne du courant fourni la batterie.9.7. Calculer:

la puissance cde la batterie,la puissance dissipe dans la rsistance R,

la puissance fournie par le gnrateur.

10. LaFigure 53reprsente un chargeur de batterie :

Figure 53

La tension dlivre par le gnrateur est : ( )5sinv t= . La diode est en silicium, le "modle n2"sera utilis.La tension de la batterie, considre comme constante, a pour valeur 1,3 V. La rsistance R limite lecourant i dans le circuit.

10.1. Quelle valeur faut-il donner R pour limiter 3 A le courant de crte qui traverse ladiode ?

10.2. Dans ce montage, quelle est la tension inverse maximum aux bornes de la diode ?

10.3. Reprsenter l'volution des grandeurs i et uch en fonction du temps. R possde lavaleur trouve la question 10.1, aussi l'intensit maximum est de 3 A.

R

v = 5 sin(t)

D

batterie

1,3 V

i

uch

R

v = 20 sin(t)

D

batterie

6,3 V

i

Du Ru


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53

11. On considre la Figure 54dans laquelle les diodes sont supposes parfaites. Le pont est aliment

par une tension alternative sinusodale : ( ) ( )48 sinu t t=

Figure 54

11.1.1. Reprsenter en concordance de temps sur une priode les tensions u(t) et u R(t)(tension aux bornes de R). Pour chaque demi-priode, indiquer quelles sont les diodespassantes et les diodes bloquantes. Quel est lintrt de ce montage en pont ?

11.1.2. Lintensit maximale supportable par chaque diode est 6 A. Calculer la valeurminimale de la rsistance R permettant dassurer la protection des diodes.

11.1.3. Calculer la valeur moyenne Imoyde i(t), si R a la valeur minimale dtermine au 10.1.2.

11.2. On utilise le montage prcdent pour charger une batterie de f.c..m. E = 24 V ;place en srie avec R (Figure 55).

Figure 55

11.2.1. A quelle condition (portant sur uAB) le courant traversant la batterie est-il non nul ?Reprsenter en concordance de temps sur une priode les tensions u(t), uAB(t) et uR(t)en justifiant.

11.2.2. Montrer que la protection des diodes est assure en gardant la rsistance dont lavaleur a t calcule au 11.1.2.

11.2.3. Entre les instants 0 et T/2, exprimer en fonction de T les dates t0et t0de dbut et defin de conduction.

11.2.4. Donner lexpression de i(t) pour t0t t0.

11.2.5. Calculer la valeur moyenne Imoyde i(t)

D1

D2

R uRD3

D4

u

uAB

iB A

D1 D2

R uRD3

D4

u

uAB

iAB

E


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54

Solution :

1) A82.3IRmoyen= ; 2)c)12Tt0= ,

12T5't 0= ; d) 3)tsin(6i = ; e) A31.1imoyen=

12. Dans le schma de la Figure 56, on demande desquisser le trac des tensions donnes par lessondes figurant sur le schma. Il nest pas demand de poser et encore moins de rsoudrelquation diffrentielle permettant de donner la forme donde exacte des tensions demandes.Quelle sonde donne la tension aux bornes du rcepteur RL et quelle sonde donne limage ducourant qui traverse le diple RL ?

Figure 56


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55

13. Etude dune diode ZenerOn considre la caractristique i(u) dune diode Zener la Figure 57:

iZ

u Z

-UZ

P en te1 / r

P en te1 /RZ

0 US

Figure 57

La diode Zener est inclue dans le montage de la Figure 58:

Figure 58

O, E = 12 V; RZ= 10 ; UZ= 7,5 V.

13.1. Calculer R pour que lintensit i circulant dans la Zener soit gale 5 mA.13.2. Exprimer, en fonction de E, R, UZet RZ, les 2 lments EThet RThdu gnrateur de

Thvenin quivalent compris entre A et B.13.3. Exprimer, en fonction de R et RZ, la quantit dETh/dE. De combien varie EThlorsque E

varie de 2 V ? Utilit de la diode Zener.

On connecte aux bornes A et B du circuit prcdent une rsistance X.13.4. Calculer en fonction de E, UZ, R, RZet X le courant circulant dans cette rsistance

(A.N. pour X = 2000 ).13.5. Calculer la valeur limite Xm de X en dessous de laquelle la diode Zener ne joue plus

son rle.

A

B

R

+

E

i


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56

14. La diode Zener utilise dans le circuit reprsent Figure 59 est suppose idale; sa tension deZener est de 5 V.14.1. La tension VABtant de 8 V, calculer :

14.1.1. le courant dans la diode Zener ;14.1.2. la puissance dissipe dans la diode Zener.

14.2. On branche une rsistance variable RCentre C et D.14.2.1. La rsistance ayant pour valeur 1 ket la tension VABtant de 8 V, calculer lintensit

des courants dans la rsistance R = 200 et dans la diode Zener.14.2.2. La tension VABtant de 8 V, quelle valeur minimale peut-on donner la rsistance R C

pour que la diode Zener stabilise la tension VCD?14.2.3. La rsistance RCayant pour valeur 1 k, quelle valeur minimale peut-on donner la

tension VABpour que la diode Zener stabilise la tension VCD?

Figure 59

15. Dans le montage de la Figure 60, la diode Zener est suppose parfaite. Sa tension Zener UZest

gale 6,2V et sa puissance maximale est de 1,3W.

Figure 60

15.1. Dterminer le courant maximal qui peut traverser la diode.

15.2. On fixe Rc= Rp= 100. Entre quelles limites peut varier E pour quil y ait stabilisationde la tension uc?

On fixe E = 24V et Rp= 100. Entre quelles limites peut varier Rcpour quil y ait stabilisation de latension uc ?

Solution :

1) A21.0idmax= ; 2) Stabilisation si V4.33EV4.12 ; 3) > 8.34Rc

Rp

E

i

ud

id

uc

ic

Rc

B

VAB VCD

A C

D

R = 200


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57

Solutions

1.1On obtient la courbe ci-dessous :

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Figure 61

1.2 On trace les deux segments de droite (en pointill) afin de "linariser" la caractristiquelectrique de la diode. La jonction des deux segments au point V0 = 0,9 V et i = 0 A donnel'information demande, savoir la tension de seuil de la diode.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Figure 62


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58

La rsistance dynamique sur la partie linaire se dtermine par :

( )

( )31 0.9 0,1

0,111000 10 0

AKd

AK

vr

i

= = = =

1.3La diode est donc quivalente au schma lectrique suivant, lorsque le courant passe traverselle :

Figure 63

Le schma quivalent lectrique du circuit est le suivant :

+

A

K

0,9 V

gnrateur

3,3

2,5 VAK

i

E=4,5 V

+ 0,1

diode

Figure 64

On a donc4,5 0,9

0,61 A2,5 3,3 0,1

i

= =+ +

(Pouillet) et donc : 0,9 0,1 0,61 0,96 VAKv = + =

Ce rsultat peut tre obtenu graphiquement par le trac de la caractristique lectrique du diplebranch aux bornes de la diode, savoir :

Figure 65


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59

Cherchons l'quation de la caractristique lectrique :Les points d'intersection de la caractristique avec les axes sont : (Vvide;0)) et (0;Icc).Soit : (4,5;0) et (0;775.10-3)

La pente de la caractristique lectrique est -10 0,775

0,172 A.V4,5 0

a

= =

0,172 0,775i v= + Pour v = 1 V, i = 603 mA

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Figure 66

On lit v = 0,96 ou 0,97 V et i = 600 mA. Valeurs proches de celles obtenues par le calcul.

La tension aux bornes de la rsistance est due au courant qui la traverse. Celui-ci n'est diffrent de 0que lorsque la d.d.p. du gnrateur de tension en dents de scie atteint et dpasse la f.c..m. de ladiode, soit 0,9 V. La valeur maximale de la d.d.p. aux bornes de R est atteinte lorsque le courant y estmaximale, soit lorsque le gnrateur de tension en dents de scie fournit 6 V.

On a alors : max max6 0,9

1,5 A 3,3 1,5 4,95 V3,3 0,1

i v

= = = =+

.

Caractristique lectrique dugnrateur branch aux bornes de ladiode


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60

1.4

Figure 67

2.A B X Y0 0 0 00 1 0 11 0 1 01 1 1 1

3Voir Figure 19.

4Fonction logique ET

5.1D1 passante5.2I = 1 A


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61

6. Il faut faire trs attention linformation gnrateurs idaux .

Le gnrateur de courant (pompe volumtrique qui fait circuler un fluide hydraulique quoiquil arrive)maintiendra la diode D2 ltat passant. Il y aura donc au moins 1 A circulant du haut vers le bas dansla rsistance de 20 , y crant une d.d.p. de 20 V.

Si E = 10 V, la f..m. de E est trop faible pour vaincre la f.c..m. de 20 V, VAK= 10 20 =- 10V < 0 D2est bloque ; E narrive pas faire circuler un courant. Seul 1 A parcourt larsistance R = 20 . Sans la prsence de D1, le gnrateur E serait rcepteur idal detension travers par un courant de 0,5 A, pouvez vous le prouver ?

Si E = 30 V, la f..m. de E est suprieure la f.c..m. de 20 V, VAK= 30 20 = + 10 V > 0, le

courant passe et la d.d.p. VAKdevient nulle car la diode est parfaite. La d.d.p. aux bornes de Rslve 30 V, le courant totale est de 30/20 = 1,5 A. Le courant dbit par le gnrateur Esera de 1,5 1 = 0,5 A.

+

10 V 20

1 A

I = 1 A

D2D1

20 V

30 V

+

20

1 A

I = 1 5 A

D2D1

30 V

0 5 A


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62

7.1.1

Figure 68

7.1.2On a un simple diviseur de tension :1000

0,909100 1000

L

L

Rs e e e

r R= = =

+ +

On remplace e, r et RLpar un gnrateur de Thvenin quivalent (la question prcdente nous apermis de dterminer la f..m. de ce gnrateur). La rsistance de ce gnrateur de Thvenin vaut :

100 1000// 90,9

Documents

Les.Diodes.pdf