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Ch.2 La diode à jonction PN

I- Présentation générale 1) Définition

Du grec di deux, double et hodos voie, chemin.

C'est un dipôle non-linéaire et polarisé (ou non-symétrique). Le sens de branchement de la diode a donc une importance sur le fonctionnement du circuit électronique.

Sans précision ce mot désigne un dipôle qui ne laisse passer le courant électrique que dans un sens.

La cathode est repérée par une bande.

2) Principe de fonctionnement

La diode est un dipôle qui possède deux régimes de fonctionnement : bloqué et passant.

Ces régimes de fonctionnement ne sont pas contrôlables directement, mais dépendent de la tension UAC aux bornes de la diode et de l'intensité du courant ID la traversant.

Diode bloquée

état de la diode correspondant à un courant ID nul. Le passage du courant dans la diode est impossible. ID=0.

Diode passante

état de la diode correspondant à un courant ID non nul. ID≠ 0.

Remarques :

Lorsque la diode est bloquée, (courant de fuite).

Useuil est une donnée fournie par les constructeurs et vaut typiquement

0,3 V pour les diodes au germanium 0,7 V pour les diodes au silicium.

Notion de résistance dynamiquede la pente de sa caractéristique I

L'équation mathématique correspondante courant ID qui la traverse est la suivante

ID = IS.exp(���

��)

avec :

3) Modélisation d’une diode

Modèle dynamique

Approximation assez fidèle : la caractéristique réelle et le modèle dynamique sont très proches.

À l'aide de la caractéristique, on peut modéliser une diode passante par l'association d'une force électromotrice Useuil (la tension de seuil) qui s'oppose au passage du courant en série avec une résistance r.

Ci-contre : Caractérisitique réelle d’une diode. UAC est très souvent notée V

Lorsque la diode est bloquée, ID n'est pas complètement nul mais vaut quelques nA

est une donnée fournie par les constructeurs et vaut typiquement

0,3 V pour les diodes au germanium ; 0,7 V pour les diodes au silicium.

Notion de résistance dynamique : La résistance dynamique de la diode est l’inverse caractéristique ID = f(UAC).

correspondante entre la tension UAC aux bornes de la diode et le qui la traverse est la suivante :

:

UT = 25 mV à T = 300 K (où T : température de jonction)

IS de l’ordre du mA.

Modélisation d’une diode

Modèle dynamique

: la caractéristique réelle et le modèle dynamique sont très

À l'aide de la caractéristique, on peut modéliser une diode passante par l'association d'une (la tension de seuil) qui s'oppose au passage du courant en série

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: Caractérisitique réelle

est très souvent notée VD.

n'est pas complètement nul mais vaut quelques nA

est une donnée fournie par les constructeurs et vaut typiquement :

: La résistance dynamique de la diode est l’inverse

aux bornes de la diode et le

: température de jonction)

: la caractéristique réelle et le modèle dynamique sont très

À l'aide de la caractéristique, on peut modéliser une diode passante par l'association d'une (la tension de seuil) qui s'oppose au passage du courant en série

Dans certain cas, il sera judicieux de négliger l'un ou l'autre de ces paramètres

On néglige la tension de seuil si elle est faible par rapport aux autres tensions du montage ;

On néglige la résistance dynamique si la chute de tension qu'elle provoque est faible devant les tensions du montage.

Diode passante

I = ����������

��

Diode bloquée

I=0

il sera judicieux de négliger l'un ou l'autre de ces paramètres

la tension de seuil si elle est faible par rapport aux autres tensions du

résistance dynamique si la chute de tension qu'elle provoque est faible devant les tensions du montage.

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Diode passante : UAC > Useuil

�����

Diode bloquée : UAC < Useuil .

il sera judicieux de négliger l'un ou l'autre de ces paramètres :

la tension de seuil si elle est faible par rapport aux autres tensions du

résistance dynamique si la chute de tension qu'elle provoque est faible

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Modèle de la diode parfaite (encore appelée diode idéale avec seuil)

On suppose que rD =0.

Diode passante : UAC = Useuil pour toute valeur de ID positive.

Diode bloquée : ID= 0 pour UAC < Useuil .

Modèle de la diode idéale

On suppose implicitement que ces deux paramètres (Useuil et rD ) sont nuls.

Diode passante : UAC = 0 pour toute valeur de ID positive.

La diode se comporte comme un interrupteur fermé.

Diode bloquée : ID = 0.

La diode se comporte comme un interrupteur ouvert.

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4) Point et zone de fonctionnement

Hypothèse : la diode est passante

a) Point de fonctionnement

Diode passante : � = �� ���

�� − 1� ≅ ����

��

Loi des mailles : � = � + �� ⇔ � =���

�

Trouver le point de fonctionnement correspond à déterminer les valeurs de I et u qui

vérifient les 2 relations précédentes

Attention : Le point P dépend de la valeur de R

b) Zone de fonctionnement

C’est la zone d’utilisation de la diode sans détérioration de celle-ci.

������ = ���� = ��

Avec � = ����

��

Pour un bon fonctionnement, il faut � ≤ ����

�

�

�

P

�

�

��

�� point de fonctionnement

����

��

��

� �

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5) Applications

Les diodes sont utilisées dans des montages redresseurs et écrêteurs principalement. Comme composant discret (composant utilisé isolément), elles peuvent servir de détrompeur dans un circuit où la polarité est indispensable au bon fonctionnement en empêchant la circulation du courant dans le mauvais sens.

a) Redresseur

Redressement simple alternance : une seule diode est nécessaire ;

Redressement double alternance : on utilise pour cela un pont de diodes (pont de Graëtz).

�

�

Courbe correspondant à �max

Zone de détérioration de la

diode

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b) Limiteur de tension

c) Etincelle de rupture (charge inductive et protection par diode).

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d) En électronique numérique