Les diodes - unice. pmasson/Enseignement/Diodes Cours - Proj · PDF file Pascal MASSON...

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Transcript of Les diodes - unice. pmasson/Enseignement/Diodes Cours - Proj · PDF file Pascal MASSON...

  • Pascal MASSON Les diodes

    Les diodes

    École Polytechnique Universitaire de Nice Sophia-Antipolis

    Cycle Initial Polytechnique 1645 route des Lucioles, 06410 BIOT

    Pascal MASSON

    ([email protected])

    Edition 2017-2018

  • Pascal MASSON Les diodes

    Sommaire

    I. Historique

    II. La diode PN : caractéristique

    III. La diode PN : applications

    IV. La diode Zener

    V. La diode photovoltaïque

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.1. Définition

    I. Historique

     La diode est un élément qui ne laisse passer le courant que dans un sens

     La diode à semi-conducteur présente aussi des propriétés photoélectriques

    1903 1901

    LED Solaire Photosensible Laser OLED

    1950 1956 1939

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.2. Histoire de la diode à semi-conducteur

    I. Historique

     1874 : effet découvert sur de la galène par Ferdinand BRAUN (24 ans).

    1956

    1901

     1901 : dépôt d’un brevet par Jagadis

    Chandra BOSE pour l’utilisation de la

    galène avec contact métallique comme

    détecteur d’ondes électromagnétiques.

     1940 : découverte de la diode PN par

    Russell OHL.

     Remarque : le transistor bipolaire a été

    découvert en 1948 par William SHOCKLEY.

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     1879 : invention de la lampe par thomas EDISON.

     1873 : découvert de l’effet thermoïonique par Frederick

    GUTHRIE. Cet effet est redécouvert par Thomas EDISON

    en 1880 (puis breveté en 1883).

    1903 1950

    1879

     1904 : John Ambrose FLEMING

    brevette la diode à vide.

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     Fonctionnement

    vide

    filament

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     Fonctionnement

    vide

    filament

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     Fonctionnement

    vide

    filament

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     Fonctionnement

    vide

    filament

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     Fonctionnement

    vide

    filament

    I

    I

  • Pascal MASSON Les diodes

    I.3. Histoire de la diode à tube

    I. Historique

     Fonctionnement

    vide

    filament

    I = 0

    I = 0

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.1. Définition de la jonction PN

    II. La diode PN : caractéristique

     Une jonction P-N est créée en juxtaposant un semi-conducteur dopé N (les

    électrons sont majoritaires) avec un semi-conducteur dopé P (les trous sont

    majoritaires).

    II.2. Représentation

    cathode

    anode

    VD

    ID

    P

    N anneau de

    repérage

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale

    II. La diode PN : caractéristique

    VD (V) 0 1 1

    ID (mA)

    inverse directe

    1

     Dans le cas idéal la diode de ne laisse pas passer de courant pour VD < 0 V

    sinon elle en laisse passer sans limitation. Cela revient à un interrupteur qui

    est ouvert ou fermé

     Quand ID = 0, on dit que la diode est bloquée sinon elle est passante

     Si VD < 0 alors la diode est polarisée en inverse sinon elle est polarisée en

    directe.

    cathode

    anode

    VD

    ID

    P

    N

  • Pascal MASSON Les diodes

    EG VR

    VD

    R

    ID

    II.3. Caractéristique idéale

    EG = VD + VR

    II. La diode PN : caractéristique

     On alimente une résistance R = 1000  avec un générateur de tension

    variable EG qui peut prendre des valeurs positives et négatives.

     On a une contrainte sur le courant qui traverse la résistance qui doit être

    uniquement positif.

     Pour réaliser cette fonction, on intercale une diode entre le générateur et la

    résistance :

     La loi des mailles s’écrit :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA) EG = VD + VR

    II. La diode PN : caractéristique

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA)

    II. La diode PN : caractéristique

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG = VD + VR

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA)

    II. La diode PN : caractéristique

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG = VD + VR

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA)

    II. La diode PN : caractéristique

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG = VD + VR

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA)

    II. La diode PN : caractéristique

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG = VD + VR

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA)

    II. La diode PN : caractéristique

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG = VD + VR

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.3. Caractéristique idéale EG (V)

    t 0

    1

    1

    t 0

    1

    1

    VD (V)

    t 0

    1

    ID (mA)

    II. La diode PN : caractéristique

     EG a l’allure d’une rampe de

    tension

    EG = VD + VR

    EG VR

    VD

    R

    ID

     Loi des mailles :

    bloquée

    passante

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.4. Caractéristique réelle

    II. La diode PN : caractéristique

    VD (V) 0

    ID (mA)

    inverse directe

    bloquée passante

     Modification de la caractéristique idéale

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.4. Caractéristique réelle

     Existence d’une tension de seuil, VS, dont la valeur dépend du semi-

    conducteur utilisé et de ses dopages.

    II. La diode PN : caractéristique

     Modification de la caractéristique idéale

    VD (V) 0

    ID (mA)

    inverse directe

    VS

    bloquée passante

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.4. Caractéristique réelle

     Existence d’une résistance interne à la diode, RS (en série avec la diode

    idéale).

    II. La diode PN : caractéristique

    VD (V) 0

    ID (mA)

    inverse directe

    VS

    bloquée passante

     Existence d’une tension de seuil, VS, dont la valeur dépend du semi-

    conducteur utilisé et de ses dopages.

     Modification de la caractéristique idéale

  • Pascal MASSON Les diodes

    II.4. Caractéristique réelle

     Existence d’un phénomène

    d’avalanche en inverse qui conduit

    à la destruction de la diode.

    II. La diode PN : caractéristique

    VD (V) 0

    ID (mA)

    inverse directe

    VS

    bloquée passante

     Existence d’une résistance interne à la diode, RS (en série avec la diode

    idéale).

     Existence d’une tension de seuil, VS, dont la valeur dépend du semi-

    conducteur utilisé et de ses dopages.

     Modification de