2. les diodes

Transcription

2. les diodes

Haute école spécialisée bernoise, TI
DIVISION MICROTECHNIQUE
_____________________________________________________________________________________
2. LES DIODES
2.1. INTRODUCTION
Pour pouvoir comprendre comment les diodes fonctionnent, il est important, de s’occuper des
caractéristiques du matériel semi-conducteur dopé. Ce savoir sert à comprendre le fonctionnement du
transistor dont on parlera plus tard.
2.2. MONTAGE D’UNE DIODE
_____________________________________________________________________________________
But de ce chapitre:
 Comprendre le montage d’une diode.
 Comprendre le fonctionnement d’une diode.
 Savoir interpréter les caractéristiques des diodes.
 Comprendre les caractéristiques des diodes.
 Comprendre de simples circuits avec des diodes.
Mots clé:
Dopage N ou P, jonction PN, diode, caractéristiques de diodes, tension de seuil, redresseur.
_____________________________________________________________________________________
2.2.1. LA JONCTION PN.
Si on met des zones N et P en contact, une jonction PN est crée. Comme les concentrations de porteurs
de charge des électrons n et des trous p diffèrent dans les deux zones, la diffusion apparaît et essaie
d’égaliser les concentrations différentes de porteurs de charges. Un transfert de porteurs de charge a lieu
et un potentiel électrique s’établie entre les deux zones N et P.
P
A
Symbol
N
K
P
électriquement
neutre
charges negatives
dominent
N
électriquement
neutre
charges positives
dominent
P. Walther, T. Kluter 2010 ____________________________________________________________ 26
_____________________________________________________________________________________
Dans la zone P on a:
pp > np
où p = concentration de trous
n = concentration d’électrons.
l’indice p indique zone P.
Pour la zone N on a:
nn > pn
où n = concentration d’électrons
p = concentration de trous
l’indice n indique la zone N.
Dans ces deux zones le produit nxp est une fonction uniquement de la température.
2
ni = n p = f(T)
ni = densité d’inversion qui détermine la conductance intrinsèque du semi-conducteur. Pour Si on a
ni =1,5 10
10
@ 300K.
Exemple:
10
3
Silicium pur possède 1,5 10 porteurs de charge par cm , c.a.d. ni =1,5 10
Par dopage avec du matériel à 5-valences, avec par ex. 1,5 10
14
14
10
pour 300K.
3
atomes/cm , du silicium du type N est
3
crée avec nn = 1,5 10 électrons/cm .
n n  1,5  1010 (silicium pur) +1,5 10 (du matériel à 5-valence) = 1,5 10 électrons/ cm .
14
et alors
pn 


n i2
1,5  1010

nn
1,5  1014
14
3
2
 1,5  10 6 trous/cm .
3
La concentration de porteurs de charge après le dopage est alors:
_____________________________________________________________________________________
nn > np et pp> pn.
La concentration d’électrons n dans la zone N est supérieure à celle dans la zone P, et la concentration
des trous p dans la zone P est supérieure à celle dans la zone N.
Par diffusion les porteurs de charge se déplacent
les électrons de la zone N dans la zone P, qui n’est maintenant plus neutre, mais
chargée négativement.
les trous se ‘déplacent’ de la zone P dans la zone N, qui n’est maintenant plus neutre,
mais chargée positivement.
2.2.2. LA JONCTION PN SANS TENSION APPLIQUÉE.
Le processus décrit ci dessus a pour conséquence une différence de potentiel entre la zone N et P, la
tension de diffusion, qui se laisse exprimer comme suit:
u diff  UT ln
avec
UT 
pp
nn
 UT ln
pn
np
kT
-23
, où k est la constante de Boltzmann (1,38 10 Ws/K) et
e
-19
e la charge électrique fondamentale 1.602 10
Cb.
Un exemple pour Udiff
14
nn = 1,5 10 /cm
6
np = 1,5 10 /cm
3
3
8
Udiff = 0,025 ln10 = 0.46V (T=300K).
Remarque: Cette tension ne se laisse pas mesurer par un instrument de mesure externe
_____________________________________________________________________________________
2.2.3. LA JONCTION PN AVEC TENSION APPLIQUÉE AU SENS INVERSE
Si on applique une tension externe entre les deux zones au sens inverse, les porteurs de charge
majoritaires sont retirés des deux zones, et il reste une zone très mince où il n'y a pas de porteurs de
charge, une zone isolante pour ainsi dire.
anode
cathode
P
N
UAK < 0V = UR
-
+
(Tension mesurée à l’anode par rapport à la
cathode)
Malgré tout il y a toujours quelques porteurs de charge qui contribuent à un courant résiduel faible I R.
Circuit de mesure:
Courant résiduel IR en fonction de UR
UR
I
IRmax
U
R
UB
-
IR
+
IR = f(UR)
Le courant résiduel dépend fortement de la température.
_____________________________________________________________________________________
Si la tension appliquée UR dépasse une certaine valeur, il y a un effet d'avalanche qui apparaît et le courant
IR augmente énormément. Ce phénomène est aussi appelé effet de Zener (Zener 1934). Si ce courant
n'est pas limité par des moyens correspondant l'élément est détruit.
2.2.4. LA JONCTION PN AVEC TENSION APPLIQUÉE AU SENS DIRECT
Si on applique une tension externe UAK > 0V = UF entre les deux zones au sens directe, les porteurs de
charge majoritaires sont transportés par la jonction et un courant ID = IF s'établit.
Xa: 700.0m Xb: 0.000
Yc: 42.00m Yd: 0.000
IF
U
A
b
42m
a-b: 700.0m
c-d: 42.00m
a
c
35m
R
28m
I
21m
14m
7m
UB
+
-
0
0
167m
333m
500m
667m
Ref=Ground X=167m/Div Y=current
US
833m
1
d
Sim
UF (UAK > 0)
Le courant IF (IF, F=Forward) dépend exponentiellement de la tension UF comme la figure ci-dessus le
montre (courbe verte). Si on rallonge la ligne jusqu'à l'axe x on obtient la valeur de la tension de US. Le
courant IF au sens direct diffère de zéro pour des valeurs de UF > US.
_____________________________________________________________________________________
2.2.5 LA CARACTÉRISTIQUE COMPLÈTE D’UNE JONCTION PN.
La caractéristique complète est montrée dans la figure suivante:
Dans la figure on voit aussi la caractéristique d’une diode en Germanium pour comparer avec celle de la
diode en Silicium. Le courant au sens direct IF = f (UF) se laisse décrire comme suivant:
IF  IR max (e
UF
mUT
 1)
avec:
UT 
kT
; (UT=25mV à température ambiante)
e
k=1,38E-23 J/K et T=°C+273; e=1,6E-19C:
m est un facteur empirique 1<m<2.
_____________________________________________________________________________________
Au sens indirecte un courant résiduel IRmax passe par la diode. Les valeurs typiques sont:
IRmax~10pA pour silicium
IRmax~100nA pour germanium.
Ces valeurs dépendent beaucoup de la température:
UF
T
Ikonst. 
 2mV
K
2.2.6. LA RÉSISTANCE OHMIQUE R D’UNE DIODE
La résistance ohmique R d’une diode est définie comme suivant:
R=U/I
a) au sens direct
Dénomination RF; (F=Forward, = sens direct)
Exemple:
UF=0.9V; IF=15mA;
=> RF=UF/IF=0,9V/15mA=60.
IF
RF varie fortement est n'est pas recommandé
comme paramètre pour caractériser la diode.
RF
UF
_____________________________________________________________________________________
b) au sens bloqué
Dénomination RR; (R=Reverse, = sens bloqué ou indirecte)
Exemple:
UR=20V; IR=0.1 uA =>RR=UR/IR=200M
Cette valeur RR dépend fortement de la
UR
température.
IR
2.2.7. LA RÉSISTANCE DYNAMIQUE r D'UNE JONCTION PN.
La résistance dynamique ou différentielle r d'une jonction PN est définie comme suivant:
rF 
dU U

; elle correspond à la tangente au point P de travail de la caractéristique
dI
I
IF
Au sens direct la résistance différentielle rF est
petite.
Comparé avec RF on a:
P
IF
r F < RF
UF
UF
_____________________________________________________________________________________
2.2.8. CARACTÉRISTIQUE SIMPLIFIÉE D'UNE DIODE.
Pour la plus part d'applications dans la pratique la caractéristique simplifiée d'une diode suivant suffit:
ID
rF
US
UD
Ou les grandeurs UD et ID signifient:
UD = UAK
ID = IAK
=>
et
UD = UF et ID = IF pour UD > 0V
UD = UR et ID = IR pour UD < 0V.
Au sens indirecte la résistance rR est très élevée.
rR >> rF
2.2.9. CIRCUIT ÉQUIVALENT D'UNE DIODE.
Dans la pratique le circuit équivalent d'une diode suffit normalement qui correspond à la caractéristique cidessus
US
A
+
rF
D
K
-
_____________________________________________________________________________________
Ceci se laisse réaliser à l’aide des éléments d'une diode idéale D, résistance rF et source de tension US.
ID
Ge
rF
Si
0,3V 0,7V
UD
L’allure exponentielle est remplacée par une droite avec la pente r F. La figure montre la modélisation d’une
diode en silicium et en germanium.
2.2.10. D’AUTRES SIMPLIFICATIONS.
Si la résistance rF peut être négligée la modélisation se laisse encore plus simplifier. Ici, seulement la
tension de seuil US est respectée.
ID
US
UD
Le circuit équivalent correspondant montre la figure suivant.
D
US
A
+
K
-
_____________________________________________________________________________________
À des tensions très élevées, la tension de seuil US se laisse en plus négliger, et le modèle devient encore
plus simple.
ID
UD
Le symbole de la diode idéale possède cette caractéristique.
D
A
K
Ce modèle est utilisé pour des circuits de redresseurs pour des tensions du réseau.
_____________________________________________________________________________________
Questions de répétition:
1. Quelle est la raison de la tension de diffusion?
2. À quelle zone correspond l'anode?
3. Quelle est l'ordre de grandeur de l'épaisseur de la zone de diffusion au sens bloqué?
4. Quelle est la différence entre la résistance RF et rF?
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2.3. APPLICATIONS DE DIODES SEMI-CONDUCTEURS
____________________________________________________________
But de ce chapitre:
 Comprendre le fonctionnement de circuits avec une seule diode
 et de circuits avec plusieurs diodes.
Mots clé:
Redresseur, redresseur biphasé, redresseur en pont, redresseur Graetz, écrêtage.
_____________________________________________________________________________________
2.3.1 CIRCUIT DE REDRESSEUR SIMPLE
Le circuit suivant est à analyser:
K
A
UD
RL
UL
U0sint
Selon la règle des mailles (2. Loi de Kirchhoff) on a:
U0sint + UD + UL = 0V
La diode soit idéale alors on a:
a) au sens direct (U0sint > 0V)
K
A
UD
U0sint
RL
UL
UL= U0sint;UD = 0V
_____________________________________________________________________________________
b) au sens bloqué (U0sint < 0V)
K
A
UD
RL
UL
UL= 0V;UD = -U0sint
U0sint
Les tensions suivantes s’établissent:
a) tension du générateur
U0
/2
4/3
t
-U0
b) tension uL
courant iL
U0
I0
/2 /2 4/3
t
-U0
et
/2 /2 4/3
t
-I0
UL = U0sint pour U0sint > 0V
iL = I0sint pour U0sint > 0V
UL = 0V
iL = 0A
pour U0sint < 0V
pour U0sint < 0V.
c) tension aux bornes de la diode
U0
/2
4/3
t
-U0
_____________________________________________________________________________________
2.3.2 REDRESSEUR DE POINTE AVEC CHARGE RC
Le circuit suivant montre le montage d’un redresseur de pointe avec charge RC.
R
K
A
U0sint
UD
RL
UL
C
Le condensateur C sert comme réservoir d’énergie et alimente le circuit avec de l’énergie pendant la phase
où la diode bloque. Pendant cette phase le condensateur C est déchargé par la résistance RL. RL
correspond au consommateur branché. Si on désire une petite décharge du condensateur C on choisit une
grande valeur pour sa capacité. Le condensateur C est toujours chargé si la relation U q > UL est rempli.
Pour la phase où la diode conduit on a:
Rq
U0sint
UD
RL
UL
RL
UL
C
Pour la phase où la diode bloque on a:
Rq
U0sint
UD
C
Les tensions et les courants correspondantes sont montrées ci-après:
_____________________________________________________________________________________
Sim
La tension maximale de pointe à la borne UDSPmax de la diode est de:
UDSP max  2Uq
Le courant maximal d’enclenchement est de:
IDStoss 
Uq
Rq
_____________________________________________________________________________________
2.3.3 REDRESSEUR À DOUBLE VOIE AVEC CHARGE RC
Le circuit suivant montre un redresseur à double voie avec charge RC. Il s'agit d'une alimentation standard
pour des consommateurs courant continue.
D1
Rq1 1N5406
uq1 = Ûq1 sint
uq2 = Ûq2 sint
T1
230/2x10V
50 Hz
+
V1
-325/325V
C1
RL
Ûq2 = Ûq1
D2
Rq2 1N5406
Sim
Les tensions et les courants sont présentées ci-dessous.
Sim
Chacune une des diodes conduit pendant une demi-période. Le temps de recharge du condensateur est
de 10ms, ce qui correspond à 100Hz. La tension maximale de pointe U DSPmax est de:
UDSP max  2 Ûq
_____________________________________________________________________________________
T1
1TO10
V1
-325/325V
D1
D2
uq'
uq
50 Hz
+
Autre variante possédant seulement une bobine secondaire:
C1
RL
uRL
D3
D4
Sim
uq' = Ûq' sint
La tension maximale de pointe UDSPmax pour une diode est de:
UDSP max  Ûq'
2.3.4. ALIMENTATION AVEC TENSION POSITIVE ET NEGATIVE AVEC REDRESSEUR À
PONT.
T1
230/2x10V
uq1
+
V1
-325/325V
C1
RL1
+
D1
C2
RL2
U1
D2
uq
D3
50 Hz
U2
uq2
D4
Sim
_____________________________________________________________________________________
2.3.5. MULTIPLICATEUR DE TENSION
Il est possible de multiplier une tension à l’aide du circuit ci-dessous sans tension élevée de la source.
V1
-10/10V
CkuC
D2
Rq2
10kHz
Uq
Rq1
u1
CL
RL
uL
D1
Sim
uq=Ûqsint
CK condensateur de couplage
CL condensateur de stockage
Sans charge (RL=  ) la tension à la sortie du circuit est de UL=2Û.
2.3.6. CHARACTÈRES ÉLECTRIQUES DE DIODES REDRESSEUSES
Ci-après des caractéristiques limites les plus importantes d’une diode seront présentées. Ces valeurs ne
doivent jamais êtres dépassés. Autrement la diode est détruite.
2.3.6.1. VRM(rep) aussi VRRM (Maximum répétitive peak reverse voltage).
La tension maximale au sens bloqué répétitive est la valeur maximale permise où des tensions de choc
répétitives sont permises. Si cette valeur est dépassée, une surcharge thermique du cristal est la
conséquence qui détruit la diode. La puissance dissipée au sens bloqué se détermine comme suivant:
PREV = VRM(rep) IRM.
_____________________________________________________________________________________
2.3.6.2. VR Reverse Voltage
C’est la tension continue maximale permise au sens bloqué sans pointes superposées ni répétitives ni
nonrépétitive.
2.3.6.3. VRM (nonrep) (VRSM), Maximum Reverse nonrepetitiv peak Voltage
C’est la tension de choc non répétitive maximale permise au sens bloqué.
2.3.6.4. I0, Courant continue moyen au sens direct
Ceci est le courant moyen maximal permis au sens direct passant par la diode. C’est le courant qu’on a
mesuré avec un multimètre.
2.3.6.5. IFM(rep) aussi (IFRM) Maximum Repetitiv Forward current
C’est le courant maximal répétitif au sens direct. Ce courant est important si on utilise des condensateurs
de charge.
2.3.6.6. IFM(surge) aussi (IFSM) Maximum Surge Forward current
C’est le courant de choc non répétitif sous des conditions selon la feuille des données. Cette valeur est
important si des condensateurs de charges font partie du circuit.
2.3.6.7. Des pertes au sens direct.
PV = IF UF (sens direct)
Si on utilise le modèle simplifié de la diode la puissance dissipée se calcule comme suivant:
US
A
+
rF
D
K
-
UF = US + (rF I)
et alors
PV = (US + (rF I)) I
_____________________________________________________________________________________
Pour des tensions et courants non sinusoïdales, les fonctions de temps doivent être utilisées.
uF ( t )  US  rF  iF ( t )
et pour la puissance e dissipée pV (t) on a:
p V ( t )  US  iF ( t )  rF  iF2 ( t )
Pour la valeur moyenne de la puissance dissipée P V on a:
T
PV 
T
T
U
r
1
p V ( t )dt  S iF ( t )dt  F iF2 ( t )dt
T
T
T


0

0
0
Exemple:
Chercher la puissance dissipée P V pour une forme de courant suivant
ID
I0
T1
t
T
T = Durée de la période
t1
PV
t1
U
r
 S I0 ( t )dt  F I02 ( t )dt
T
T

0

0

US
r
I0  t 1  F  I02  t 1
T
T

t1
(US  I0  rF  I02 ) .
T
_____________________________________________________________________________________
1. Quelle est l’allure du courant en fonction du temps pour le circuit à la page 37?
2. Comment se calcule sa valeur de pointe?
3. Quelle est la différence de la forme d’onde du courant du circuit de la page 39 par rapport au circuit de
la page 37?
4. Pourquoi la tension UDSPmax est ~ 2Uq?
5. Quelle est la polarité de la tension aux bornes du condensateur CK du circuit multiplicateur de tension
page 43?
6. Qu’est ce que se passe-t-il si la tension VR est dépassée?
7. Qu’est ce que se passe-t-il si le courant IFM(rep) est dépassé?
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2.4. MODÈLE DE LA CONDUCTION THERMIQUE
____________________________________________________________
But de ce chapitre:
 Comprendre l'analogie entre un circuit thermique et d'un circuit électrique.
 Maîtriser le dimensionnement d'un refroidisseur.
Mots clé:
Résistance thermique, source de courant constant, refroidisseur
_____________________________________________________________________________________
2.4.1. INTRODUCTION
Les Diodes, par lesquelles un courant élevé passe sont soumises à des pertes prononcées. Ceci est la
cause de développement thermique dans le cristal. On doit alors enlever la chaleur développée dans le
cristal. Ceci se fait à l’aide d’un refroidisseur. Le dimensionnement de ce refroidisseur est à faire de sorte
que la température du cristal ne dépasse pas la température limite de 175°C pour silicium. Le modèle
suivant montre l’analogie entre un circuit thermique et le circuit électrique correspondant. À l’aide de ce
modèle on peut résoudre facilement des problèmes thermiques du genre décrit.
2.4.2. LE MODÈLE DE LA CONDUCTION THERMIQUE
TABELLE DU MODÈLE DE LA CONDUCTION THERMIQUE
ANALOGIE
CHALEUR
SYMBOL
UNITÉS
Watt
GRANDEURS ÉLECTRIQUES
Puissance dissipée
P
Source de courant continue
Différence de température
T
°C
Résistance thérmique

°C/W
Résistance
Capacité thérmique
c
Ws/°C
Capacité (Condensateur)
Différence de tension
_____________________________________________________________________________________
MODÈLE DE LA CONDUCTION THERMIQUE
Cristal
Puissance dissipée
Température du cristal T
J
Boîtier

Isolateur
JG
Température du boîtier T
G

GK
Température du refroidisseur T
T
K
J

Température ambiente T
T
G
KU
U
Refroidisseur
T
K

JU
= 
JG
+ 
GK
+ 
T
U
KU
Température absolue; 0°K
T
Température du cristal
T
Température du boîtier
T
Température du refroidisseur
T
Température ambiante
J
G
K
U
Ici on a puissance x résistance thermique = variation de la température, ou, si on aimerait calculer la
température du cristal:
TJ = PJG + PGK + PKU + TU
TJ = P(JG + GK + KU) + TU
où, pour la résistance thermique totale, JU peut être utilisée:

JU = JG + GK + KU
_____________________________________________________________________________________
Où on a:
JU = résistance thermique totale (jonction-environnement)
JG = résistance thermique entre cristal et boîtier
GK = résistance thermique entre boîtier et refroidisseur
KU = résistance thermique entre refroidisseur et environnement
Pour la température du cristal on a alors:
TJ = PJU + TU
exemple:
P = 10 Watt (puissance maximale)
GK = 0.4 °C/W (plaque en mica)
JG = 2.4 °C/W (boîtier pour 50 W)
TJmax = 175°C
TU = 50°C
KU =
(175  50 )
 0.4  2.4  9.7C / W
10
Ceci signifie pour les exigences mentionnées ci-dessus, qu’un refroidisseur avec une résistance thermique
de 9.7°C/W doit être utilisé.
_____________________________________________________________________________________
1. Quelle est la signification de la résistance thermique?
2. Quelle est le critère selon lequel on doit décider, si un refroidisseur est nécessaire ou pas?
3. Quelle sont les caractéristiques d'une source de courant?
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2.5. DIODES SPÉCIALES
____________________________________________________________
But de ce chapitre:
 Faire connaissance à des diodes spéciales pour différentes applications.
 Savoir utiliser quelques diodes spéciales dans des circuits.
Mots clé:
Diode Zener, diode capacitive, diode Schottky, photodiode, LED
_____________________________________________________________________________________
2.5.1. LA DIODE ZENER
Cette diode est utilisée au sens bloqué et dans la région de claquage. Elles sont utilisées pour la
stabilisation de tensions. La gamme de tension varie de quelques volts jusqu’à 200 volts à peut près. De
plus, il y a des diodes Zener pour de différentes puissances variant de 500mW jusqu’à plusieurs watts. La
puissance dissipée par la diode se laisse calculer par la relation suivant:
PV = IZ UZ
Symbole:
hyperbole de puissance
La puissance dissipée maximale est indiquée par une hyperbole de puissance, comme le montre la figure
ci-dessus.
_____________________________________________________________________________________
Pour des diodes de Zener avec des tensions entre 0 V et 5 V le coefficient de température est négatif.
Supérieur à 6 Volt il est négatif. À 6V, il est pratiquement 0V/K.
Normalement les diodes de Zener sont utilisées pour stabiliser une tension.
Exemple d’application:
RV
I K
IL
RV pré résistance
IZ
+
Ui+/-Ui
RL
D1
UD=UZ
RL Résistance de charge
(IZ courant au sens bloqué!)
-
Sim
Pour le noed K on a:
I = IZ + IL
Aux bornes de RV la tension est de:
URV = Ui - UZ
Rem: Pour le cas où IL = 0, le courant IZ = I et la diode de Zener serait maximale chargée.
La résistance différentielle rdiff ou rZ est de:
UZ
IZmin
rdiff ou rZ =
dU Z
dI Z
rdiff
IZmax
IZ
_____________________________________________________________________________________
1. Quelle est l’application typique d’une diode Zener?
2. Que signifie l’hyperbole de puissance?
3. Pourquoi doit-on respecter le courant minimal par une diode Zener?
_____________________________________________________________________________________
2.5.2. LA DIODE CAPACITIVE
La jonction PN possède une petite capacité, si la diode est polarisée au sens bloquée. Dépendant de la
tension appliquée la couche de diffusion est plus mince ou plus large et ainsi la capacité varie. Cet effet est
la base de la diode capacitive qui représente un condensateur variable par une tension appliquée. La
relation entre la tension et la capacité se calcule comme suivant:
C
C0

U
1  R

Udiff






où
C0 = capacité pour Si pour UR = 0V
Udiff = Tension de diffusion pour Si à une température ambiante de ~ 0.6 V
 = exposant dépend du matériel semi-conducteur 1/6    ½
Symbole:
Exemple d’application:
C1
4.7pF
V1
-100m/100mV
C3
L1
1MHz
100uH
C2
100pF
10nF
100k
R2
D1
BBY40
+
UR
1V
UR (tension de commande)
-
Sim
Rem: La diode capacitive est utilisée au sens bloquée.
_____________________________________________________________________________________
De telles diodes capacitives, aussi nommé Varactor, sont utilisées dans des circuits oscillatoires de toutes
sortes. On les utilise par ex. pour ajuster une
fréquence de résonance comme dans les tuners des radios ou des téléviseurs, ou
pour régler une fréquence automatiquement (AFC), ou
pour la modulation de fréquence.
La capacité en fonction de la tension appliquée se présent à peut prés comme suivant:
Si pour une application spécifique plusieurs circuit résonant sont à ajuster, on doit utiliser des diodes
capacitives assorties.
_____________________________________________________________________________________
1. Sur quel effet base le fonctionnement d’une diode capacitive?
2. Comment sont les diodes capacitives également nommées?
3. Quelle est la gemme de capacité pour une diode capacitive?
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2.5.2. LA DIODE SCHOTTKY
Pour réaliser une jonction PN, on peut aussi combiner un semi-conducteur avec un métal. Le montage se
présent à peut près comme suivant:
Anode
Cathode
Symbol:
Une telle combinaison possède les caractéristiques suivantes:
- elle réagit rapidement sur un changement de polarité, c.à.d. elle possède de courts temps
de commutation
- basse tension de seuil, ~0.4V
- relative petite tension de claquage (60V).
Application: Les diodes Schottky sont utilisées comme les diodes en silicium. Spécialement là, où des
hautes fréquences apparaissent (jusqu 500MHZ), ou si la basse tension de seuil est avantageuse (Pertes
dans un circuit redresseur à des basses tensions et des courants élevés).
Dans les circuits „Low Power Schottky TTL (LSTTL)“ pour augmenter la fréquence de commutation.
_____________________________________________________________________________________
1. Quelles sont les avantages d’une diode de Schottky?
2. Quelle est son désavantage?
3. Ou est elle utilisée de préférence?
_____________________________________________________________________________________
2.5.3. LA PHOTO-DIODE
Si une jonction PN est soumise à un rayon lumineux, les photons de ce rayonnement arrachent des
électrons de valence du réseau atomique, si leur énergie est assez grande. Cet évènement est appelé effet
photo interne. Si une jonction PN, donc une diode semi-conductrice est utilisée pour cette application, on
l’appelle photodiode. Elle est utilisée au sens bloqué. Le courant résiduel est très faible sans lumière. Si un
rayonnement est appliqué comme décrit ci-dessus, le courant résiduel augmente assez. La relation entre
ce courant résiduel et l’intensité de la lumière est linéaire sur plusieurs décades. L’énergie d’un photon est
de:
2
E = h, l’impulsion p = h/c = mc et l’énergie E = pc = mc .
ou:
h, la constante de Planck
, la fréquence de la lumière
p, l’impulsion des photons
m, la masse des photons et
c, la vitesse de la lumière dans le vide
Le montage d’une photodiode est montré si après:
Montage d’une photodiode planaire en silicium
Symbole
Schéma d’exploitation d’une photodiode:
UR
-
RL
UL
+
_____________________________________________________________________________________
La graphique suivante montre la caractéristique correspondante:
I(A)
0
10
-1
10
-2
10
-3
10
-1
10
0
1
10
10
2
10
3
10
EV
EV = Intensité du rayonnement
2
[EV] = lm/m = lx
Exemples:
Illumination d’une place de travaille env. 700 - 1000 lx
Lumière du soleil env. 3’000 - 7’000 lx.
_____________________________________________________________________________________
1. Quelle est l’effet de la lumière sur une jonction PN?
2. Comment doit-on utiliser une photodiode?
3. Quelle est la relation entre la lumière et courant passant par la diode?
_____________________________________________________________________________________
2.5.4. LA DIODE LUMINEUSE LED
Une jonction PN peut aussi être émettre de la lumière si on choisit le bon matériel et des dimensions
géométriques correspondantes. Comme matériel Galliumarsenid (Ga AS), ou Galliumarsenidphosphid (Ga
As P) et autres peuvent être utilisés. Si une tension au sens direct est appliquée, elle émet de la lumière.
La gamme des longueurs d’ondes varie entre bleu et infrarouge. Avec le bleu aussi la „couleur“ blanche est
réalisable.
_____________________________________________________________________________________
Le montage d’une LED se présente comme suivant:
La création de la lumière se fait par recombinaison très près de la jonction des porteurs de charge, des
électrons et des trous. Les photons pénètrent la mince (env.1.5m) couche semi-conductrice et sortent à
l’extérieure comme lumière visible. Les caractéristiques de ses diodes ressemblent à celles des diodes
classiques. La tension de seuil est beaucoup plus élevée. Elle se situe autour de 1.5V pour les LED
infrarouges, 2,2V pour des LED vertes et à peut près 4V pour les LED bleus. Ces valeurs ne sont que des
valeurs indicatives!
Des applications sont:
- affichages ponctuels
- affichages à 7 segments pour la représentation de chiffres
- affichages sous forme de matrice pour de différentes représentations
- affichages à 16 segments pour la représentation de l’alphabet
Pour des affichages bicolores, il y a aussi des LED possèdent deux cristaux avec différentes couleurs, qui
sont branchés antisériellement. Avec ces types deux couleurs sont réalisées avec une seule diode.
_____________________________________________________________________________________
1. La création de la lumière d’une LED se fait comment?
2. Quelles sont les couleurs existant à ce moment?
3. Peut-on réaliser des affichages graphiques avec des LED?
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
2.5.5. L’OPTOCOUPLEUR
Si on combine une LED avec une photodiode, on obtient un opto coupleur. En générale, un opto coupleur
consiste en une source lumineuse et d’un récepteur sensible à la lumière. À l’aide d’un opto coupleur on
peut transmettre des signaux analogiques ou numériques. Un opto coupleur sert surtout à la séparation
galvanique de la source et le récepteur évitant ainsi des perturbations provoquées par des différences de
potentiels.
Comme sources lumineuses il y a
- des lampes à incandescence,
- des LED,
et comme récepteurs lumineux
- des photodiodes,
- des phototransistors,
- des photo résistances,
- des photocellules.
_____________________________________________________________________________________
1. À quoi sert un opto coupleur?
2. Quelle est la limitation dans l’application concernant la fréquence de transmission, spécialement en
utilisant une photo résistance?
_____________________________________________________________________________________

2. les diodes

Transcription

Documents pareils

Caractéristiques de Dipôles 1) Caractéristique d`une diode au

Diodes spéciales Diode Schottky Diode Zener Photodiode LED

stabilisation de tension par diode zener

Les diodes

TP n°6 : Diodes

Stabilisation par diode zener - Cours de mathématiques de

Réplique Pistolet WALTHER P99 GBB DAO CO2 Réplique Pistolet

La diode professeur

TP n1 Caracteristique d`une diode

Réplique Pistolet WALTHER P99 GBB DAO CO2 Réplique Pistolet