Cours d’introduction à l’électronique analogique diode

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La diode est un dipôle à semi-conducteur (jonction PN). Les 2 bornes sont repérées anode « A » et cathode « K ».

Une diode est un élément ayant la propriété d’être conducteur pour un certain sens du courant et non conducteur pour l’autre sens.

             La surface de séparation des régions de type P et N            s’appelle une jonction PN.

La diode est un composant dit de commutation qui possède 2 régimes de fonctionnement : - Diode à l’état : Passant.

               -       Diode à l’état : Bloqué.

La diode peut ainsi commuter de l’état passant à l’état bloquée.

Le tableau (page suivante) montre 4 caractéristiques de I_D = ƒ(V_D). - Caractéristique Réelle.

-    Caractéristique Semi-réelle.

-    Caractéristique Classique.

-    Caractéristique Idéale.

Remarques :

Suivant l’étude que l’on veut mener, on prendra l’une ou l’autre de ces caractéristiques. En règle générale, la caractéristique Classique est la plus souvent utilisée pour effectuer des calculs. 

La caractéristique Idéale s’utilise plutôt pour analyser un fonctionnement.

Si la tension inverse (tension -V_D) aux bornes de la diode devient trop importante, il y a un risque de destruction de la diode par échauffement de la jonction PN. Les constructeurs précisent la tension de claquage inverse ; elle correspond à la tension maximum que peut supporter une diode en polarisation inverse.

Avantage : tension de seuil moins importante et temps de commutation plus rapide t_dr ( t_rr pratiquement nul). Ces diodes sont utilisées en haute fréquence. Les constructeurs précisent généralement la fréquence maximale d’utilisation.

Symboles :

Dans le sens direct (V_D et I_D positifs) cette diode présente la même caractéristique qu’une autre diode.

Elle s’utilise dans la polarisation inverse où les notations changent et deviennent V_KA = -V_D  et I_Z = -I_D. 

Dans ce sens, cette diode ne présente pas de zone de claquage :

Si V_KA < V_Z, alors I_Z = 0 (interrupteur ouvert).

Sinon V_KA = V_Z, quel que soit le courant I_Z le traversant.

V_Z est appelée tension ZENER. Les constructeurs précisent la valeur de la tension ZENER : 

0,78 à 200 V (plage de variation de la tension de Zener).

La valeur maximale I_Zmax du courant I_Z pouvant traverser la diode et la puissance dissipée :  P_Z = Vz × Iz  dans la zone Zener sont aussi des caractéristiques de choix importantes.

Remarques :

La valeur de Vz tension de Zéner est fortement dépendante de la température de la diode. On note le coefficient ?Vz en (%/C°) fixant en pourcentage la variation de la tension de référence Vz en fonction de la température. Il existe des procédés électroniques de compensation en température de la jonction de la diode.

Utilisations :

Les diodes ZENER sont appréciées pour leur tension V_Z stable. On les trouve souvent associées à des fonctions de :

-    référence de tension ;

-    écrêtage d’une tension ;

-    alimentation continue de petite puissance.

La DEL (diode électro-luminescente) est un dipôle jonction PN, qui lorsqu’il est polarisé en direct, émet une lumière de couleur précise ( rouge, vert, jaune, … ).

Symbole et vues :

Attention : polarisée en inverse, les DEL ne supportent pas plus de +5V !!!

Remarque :

Pour les exercices ci-après, on considèrera que les diodes sont parfaites.

Soit le schéma ci-contre.

Question :

On donne Ve = +5V, Rp = 1K? et V_Seuil = 0,6 V.  Déterminer la valeur du courant Id.

Ve - URp - Vd = 0 V

URp = Ve - Vd = 5 - 0,6 = 4,4 V

URp = Rp x Id

                            URp           4,4

Id = R =  1000

Id = 4,4 mA

Soit le schéma ci-contre.

Question :

Sachant que les valeurs If et Vf standards des DELs rouges ? 5 mm sont : If = 10 mA

Vf = 1,6 V et que Ve = +5V

Déterminer la valeur de la résistance Rppermettant de polariser correctement la DEL.

Ve - URp - Vf = 0 V

URp = Ve - Vf = 5 – 1,6 = 3,4 V

URp = Rp x If

                              URp             3,4            3,4x10³

Rp = If = 10x10-3 = 10 = 340 ?

Soit le schéma ci-contre.

Question 1 :

Remarque :

Question 2 :

Donner le nom de la fonction logique réalisée.

C’est une fonction OU.

Soit le schéma ci-dessous.

Question 1 :

Flécher sur le schéma, la tension VR1 (aux bornes de R1) et le courant I (dans le sens positif lorsqu’il existe).

Question 2 :

Sachant que VD1_seuil = 0,7 V :

Quelle est la valeur de VE si la diode est bloquée ?

VE - VD1 - (R1xI) = 0

On fait I = 0

 VE = VD1

La diode est bloquée si VD1 < 0,7 V

La diode est passante si VE ? 0,7 V

Question 3 :

Pour VE = -5 V et R1 = 1k? :

Calculer la valeur de I.

VE = -5 V donc < 0,7 V la diode D1 est bloquée, donc I = 0 et VR1 = R1.I = 1000 x 0 = 0 V.

Question 4 :

Pour VE = 1 V :

Calculer les valeurs de I et VR1.

Pour VE = 1 V donc ? 0,7 V la diode D1 est passante.

VE - VD1 - (R1xI) = 0

VE = VD1_seuil + (R1xI)

VE-VD1_seuil 1-0.7

I =                 _R1   =₁₀₀₀= 0,0003 A =  0,3 mA  

VR1 = VE – VD1 = 1 – 0,7 =  0,3 V  

Soit le schéma d’un chargeur de batterie ci-dessous :

et les caractéristiques suivantes :

VD1_seuil = 0,7 V ; VBat = 12 V

La batterie étant déchargée, on a VBat = 10 V.

Question :

Calculer la tension VD1.

VE - VD1 - VBat = 0 VD1 = VE - VBat = 12 – 10 = 2 V

VD1 = 2 V ? 0,7 V donc la diode est passante.

Soit le schéma ci-dessous :

Question :

Calculer VR2 si E = +5 V et R1 = R2 = 1 k?.

Pour E = +5 V

La diode n’est pas passante.

I = = 0,0025 A

VR2 = 1000 x 0,0025 =  2,5 V  

Soit le schéma ci-dessous :

Question :

Calculer VR2 dans les cas suivants : E = +5 V ; E = -5 V avec R1 = R2 = 1 k?.

Pour E = +5 V

La diode D2 n’est pas passante. VR2 = 0

Pour E = -5 V

La diode D1 n’est pas passante. VR2 = 0