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Cours Electronique analogique
Introduction - Diode
ISMIN 1A 2020-21
J.-M. Dutertre, B. Dhalluin, C. Dupaty https://www.emse.fr/~dutertre/enseignement.html
2
SEMI CONDUCTEURS : DIODES-TRANSISTRORS MOS
AOPChristian Dupaty – Jean Max Dutertre pour l’ EMSE
D’après un diaporama original de Thomas Heiser Institut d'Electronique du Solide et des Systèmes
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Paramètres(coefficients)
Ne Ns
Amplificationenpuissance
AmplificationetFiltrage:Conditionnement
ElectroniqueANALOGIQUE
ElectroniqueNUMERIQUE
Architectureanalogique–numérique–analogique
ConvertisseurAnalogiqueNumérique
ConvertisseurNumériqueAnalogique
Unitédecalcul
(DSP,Microcontrôleur,FPGA)
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Instrumentation
Robotique
Communications
Multimédia
Systèmesinformatiques
Cartesmémoires
…
•Pourquoiquellesapplications?
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Histoire des semi-conducteurs
1904 invention de la Diode par John FLEMING Premier tube à vide. 1904 Triode (Lampe) par L. DE FOREST Musée . C’est un amplificateur d'intensité électrique. 1919 Basculeur (flip-flop) de W. H. ECCLES et F. W. JORDAN .Il faudra encore une quinzaine d'années avant que l'on s'aperçoive que ce circuit pouvait servir de base à l'utilisation électronique de l'algèbre de BOOLE. 1937 Additionneur binaire à relais par G. STIBITZ 1942 Diodes au germanium Le germanium est un semi-conducteur, c'est à dire que "dopé" par des impuretés, il conduit dans un sens ou dans l'autre suivant la nature de cette impureté. Par l'association d'un morceau de germanium dopé positivement (P) et un morceau dopé négativement (N), on obtient une diode qui ne conduit le courant que dans un seul sens.
Et les transistors …
6
Le transistor à effet de champ a été inventé en 1925-1928 par J.E. Lilienfeld (bien avant le transistor bipolaire). Un brevet a été déposé, mais aucune réalisation n'a été possible avant les années 60.
1959 : MM. Attala, D. Kahng et E. Labate fabrique le premier transistor à effet de champ (FET)
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•Parallèlementlepremierprototypedutransistorbipolaireestfabriquéen1947
En1947:lepremiertransistorbipolaire
En1957:lepremierCI(Texas-Instruments)
8
William Shockley (assis), John Bardeen, and Walter Brattain, 1948.
William Shockley 1910-1989 prix Nobel de physique 1956
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Le premier récepteur radio à transistors bipolaires
10
En1971:lepremierProcesseur
4004 d’INTEL : 15/11/1971 (2250 Transistors Bipolaires, 108 KHz, 4bits)
11
Maisçanesefaitpastoutseul...
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Contenuducoursd’électroniqueanalogique1
1. LesDiodesPolarisationExemplesd’utilisations
2. LesTransistorsàeffetdechamp(MOSFET)UtilisationenamplificateurUtilisationencommutation
3. Amplificateuropérationnel Généralités Montagesélémentaires
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!Electronique:composantsetsystèmesd'application,ThomasL.Floyd,Dunod,2000
!Microélectronique,JacobMillman,ArvinGrabel,EdiscienceInternational,1994
!ELECTRONIQUEFondementsetapplicationsDUNOD2006
!ELECTRONIQUEANALOGIQUEVALKOVEducalivre1994
! Comprendre l’électronique par la simulation", Serge Dusausay, Ed. Vuibert
! Principes d’électronique", A.P. Malvino, Dunod
! Microelectronics circuits", A.S. Sedra, K.C. Smith, Oxford University Press
! CMOS Analog Circuit Design", P.E. Allen, D.R. Holberg
! Design of Analog CMOS Integrated Circuits", B. Razavi, McGraw Hill
Bibliographie
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Diodes Mise en œuvre Aspects technologiques
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Différentesdiodes:Symboles
Diode
DiodeZener
DiodeSchottky
DiodeVaricap
Diodeélectroluminescente(LED)
Anode«A» Cathode«K»
Eninversepourlarégulation
Pourlescommutationsrapide
EnHF
P N
A Kanode "k"athode
VAK
IAK
Diode/jonctionPN
161616
Diodesdesignal(ex1N914)
•Faibleintensité(jusqu’à100mA)•Faibletensioninverse(jusqu’à100V)•Souventtrèsrapides(trr<10ns) doncadaptéeàlacommutation•Boîtierverre(ouCMS)•L’anneaurepèrelacathode•Marquageleplussouventenclair
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Diodesderedressement(ex1N400x)
•Forteintensité(1A)•Fortetensioninverse(jusqu’à1000V)•Lenteencommutation(trr>100ns) réservéeauxbassesfréquences•Boîtierplastique•L’anneaurepèrelacathode•Marquageleplussouventenclair
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DiodesLEDs• Choisiespourleurcouleur,luminositéettaille
• LatensionVfdépenddelacouleur(énergie)
• L’intensitéestpulséepouraccroîtrel’efficacitélumineuse
• Bicoloresàdeuxoumulticoloreparcombinaisonsdecourants
• Isoléesouassemblées
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Diodesdepuissance
UtiliséesgénéralementpourleredressementdepuissanceDanslesonduleursparexempleIF>100A
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Autres diodes
• SCHOTTKY pour la commutation rapide en puissance et la faible chute Vf
• TRANSIL pour absorber les courants dues aux surtensions (protection aux décharges)
• PHOTODIODE polarisée en inverse c’est un convertisseur lumière/courant
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2.LesDiodes
Id
Vd
2.1Définition
" Caractéristiquecourant-tensiond’unediodeidéale:
Id
Vd souspolarisation“directe”(“Vd≥ 0”),ladiode=court-circuit(i.e.conducteurparfait)
souspolarisation“inverse”(Vd<0)ladiode=circuitouvert
!Cetypedecomposantestutilepourréaliserdesfonctionsélectroniquestellesqueleredressementd’unetension,lamiseenformedessignaux(écrêtage,…).
!Ladiode(mêmeidéale)estuncomposantnon-linéaire
!ONNESAITPASFABRIQUERUNEDIODEIDEALE!!!!
22
2.2Caractéristiquesd’unedioderéelleàbasedeSilicium
hyp:régimestatique(tensionetcourantindépendantsdutemps)
Vd[V]
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
20
60
100
140
Id[mA]
Is
■PourVd<0,ladiodesecomportecommeunbonisolant:Is~1pA–1µA,oladiodeestdite“bloquée”odanscedomainesoncomportementestapproximativementlinéaireolecourant“inverse”,Is,augmenteaveclatempérature
comportementlinéaire
■PourVd>>~0.6v,lecourantaugmenterapidementavecunevariationàpeuprèslinéaireo ladiodeestdite“passante”o maisIdn’estpasproportionnelàVd(ilexisteune“tensionseuil”~Vo)
Vo
23
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡−≅
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
1T
dVmV
sd eII
■Zone«ducoude»:Vd∈[0,~Vo]:augmentationexponentielleducourant
avec1≤m≤ 2(facteur“d’idéalité”)
VT=k•T/eàT=300K(26,85°C),VT=26mVe=1.610-19Coulomb,Tlatempératureen°Kelvink=1,3810-23J/K=ctedeBoltzmann
Is=courantinverse
■InfluencedeT:
Vd(àIdconstant)diminuede~2mV/°CiedéplacementdelacaractéristiqueId–Vdverslagauche
diodebloquée: Id=ISdoubletousles10°C
diodepassante:
(diodeenSi)
Vd-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
20
60
100
140
Id
Vo
o lecomportementestfortementnon-linéaireo variationaveclatempératureo Rq:pourVd>>Vtleterme(-1)estnégligeable
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■Zonedeclaquageinverse
Ordredegrandeur:
Vmax=quelquesdizainesdeVoltsàqqs1000V
# peutconduireàladestructionpourunediodenonconçuepourfonctionnerdanscettezone.
#Vmax=«P.I.V.»(PeakInverseVoltage)ou«P.R.V.»(PeakReverseVoltage)
Id
Vd
Vmax
claquagepareffetZenerouAvalanche
Vo
Limitesdefonctionnement:
IlfautqueVdId=Pmax
■Limitationenpuissance
VdId=Pmax
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2.3Diodedansuncircuitetdroitedecharge
2.3.1Pointdefonctionnement
Val RL VR
Id
Id,Vd,?
■ Commentdéterminerlatensionauxbornesd’unediodeinséréedansuncircuitetlecourantquilatraverse?
Vd
o IdetVdrespectentlesLoisdeKirchhoff(conservationd’énergie,loidesnœuds,loidesmailles)
o IdetVdsontsurlacaractéristiqueI(V)ducomposant
o Aupointdefonctionnementdeladiode,(Id,Vd)remplissentcesdeuxconditions
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Val/RL
Val
«Droitedecharge»
Id
Vd
CaractéristiqueI(V)
2.3.2Droitedecharge
■LoideKirchoff:Ldal
d RVVI −
=→! =Droitedechargedeladiodedanslecircuit
o ConnaissantId(Vd)onpeutdéterminergraphiquementlepointdefonctionnement !procédurevalablequelquesoitlacaractéristiqueI(V)ducomposant!
o Onpeutaussi“calculer”lepointdefonctionnementendécrivantladiodeparunmodèlesimplifié.
Q=Pointdefonctionnement(Quiescent;pointdepolarisation)
IQ
VQ
Q
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2.4ModélesStatiquesàsegmentslinéaires
2.4.1.“Première”approximation:ladiode«idéale»
o Onnégligel’écartentrelescaractéristiquesréelleetidéaleo Cemodèleestsurtoututiliséenélectroniquenumérique
Val>0
Id
Vd
Val
pente=1/Ri
Val<0
Id
Vd
Val
Val
Ri
Id
Vd
IdVd
●pasdetensionseuil●conducteurparfaitsouspolarisationdirecte●Vd<0:circuitouvert
diode“bloquée”0<⇔ dV
aldd VVI == ,0
Val
Ri
■Schémaséquivalents:
Val
Ri
0, == dial
d VRVI
diode“passante”0≥⇔ dI
↔ hyp:Id,Vdconstants
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2.4.2Secondeapproximation
Id
Vd
IdVd
●tensionseuilVononnulle●caractéristiquedirecteverticale(pasde“résistancesérie”)●Vd<0:circuitouvert Vo
Val
Ri
Vo
schémaséquivalents:
diode“passante”
0≥⇔ dI
Id
Val
Ri
Val<Vo Vd
Val
odi
oald VV
RVV
I =−
= ,
diode“bloquée”
od VV <⇔
aldd VVI == ,0
Val
Ri
■Schémaséquivalents
Val>Vo
Id
Vd
ValVo
!PourunediodeenSi:Vo≈ 0,6-0,7V
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2.4.33ièmeApproximation
IdVd
●tensionseuilVononnulle●résistancedirecteRfnonnulle●Vd<0:résistanceRrfinie
Vd
1Vo
Modélisation
pente=1/Rf
pente=1/Rr~0
Caractéristiqueréelle
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1
■Schémaséquivalents
Id
Vd
ValVo
Val>Vo:
Val
Ri
Id
Vd
Val Rr
diodebloquéeVal<Vo:
od VV <⇔
Val
Ridiodepassante
Vo
Rf
schémaséquivalents:
odd VVI ≥≥⇔ et 0
dfod IRVV +=→
VdId
☛Pourunediodeensilicium, Vo=0,6-0.7V,Rf~q.q.10Ω, Rr>>MΩ,
30
Remarques:
■dd
f IVR ≠
■Lechoixdumodèledépenddelaprécisionrequise.
■ Leseffetssecondaires (influencede la température,non-linéaritéde lacaractéristique inverse, etc.) sont pris en compte par des modèles plusévolués(modèlesutilisésdanslessimulateursdecircuitdetypeSPICE).
.model D1N757 D(Is=2.453f Rs=2.9 Ikf=0 N=1 Xti=3 Eg=1.11 Cjo=78p M=.4399 + Vj=.75 Fc=.5 Isr=1.762n Nr=2 Bv=9.1 Ibv=.48516 Nbv=.7022 + Ibvl=1m Nbvl=.13785 Tbv1=604.396u) * Motorola pid=1N757 case=DO-35 * 89-9-18 gjg * Vz = 9.1 @ 20mA, Zz = 21 @ 1mA, Zz = 7.25 @ 5mA, Zz = 2.7 @ 20mA
Exemple de modèle SPICE : diode 1N757
DIODE PARFAITERIVF
■Modèlecourammentutilisé
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Exemple:Calculdupointdefonctionnementducircuitsuivant,enutilisantla3ièmeapproximationpourladiode.
Val=5V RL=1kΩ
>
mARRVV
ILf
oald 33,4=
+−
=→!
€
et Vd =Vo + Rf Id = 0,66VInformationssurladiode:Vo=0.6V(↔ Si)Rf=15Ω Rr=1MΩ
5V 1kΩ
VoRf
Vd
>Id
hypothèseinitiale:diodepassante [↔Vd>Vo,(Id>0)]
OK!
Enutilisantla2ièmeapproximation:(Rf=0,Rr=∞)
$La2ièmeapprox.estsouventsuffisantepouruneétudequalitativedufonctionnementd’uncircuit.
2.4.4Calculdupointdefonctionnementvial’utilisationdesschémaséquivalents:
… ⟶ 𝐼𝑑 = 4,4 𝑚𝐴 𝑒𝑡 𝑉𝑑 = 0,6 𝑉
32
EXERCICES:1)
Val
50Ω
1MΩ
CalculdeIdetVd
pour:a)Val=-5Vb)Val=5V
Caractéristiquesdesdiodes:Rf=30Ω,Vo=0,6V,Is=0etRRinfinie
Conseil:simplifierlecircuitd’abordavantdevouslancerdansdescalculs
Val = -5 V diode bloquée Id = 0, Vd = -5 V Val = +5 V diode passante Vd = 0,6 V + Rf.Id Id = (Val-V0)/(50+30) = 55 mA Vd = 0,99 V
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DiodesauSi(Rf=30Ω,Vo=0,6V,Is=0etRRinfinie)3)
2V
D1 D2
R=100Ω
4)
1V
R=50Ω
DéfinirIf(approximation3)
DéfinirIRenappliquantl’approximation2(Rf=0)
EXERCICES
If = (2-2*V0)/(R+2Rf) = 5 mA
IR = (1-Vf)/(R) = 0.4/50 = 8 mA
Ve(V)
t
Vcc
•avecventréesignalsinusoïdalbassefréquence10Hzd’amplitudeVeMAX = 10V tel que lemodèle statique restevalable (périodedu signal < tempsde réponsede ladiode↔ pasd’effet“capacitif”)Vcc=10V
Etudedusignaldesortieenfonctiondel’amplitudedusignald’entrée:
-0,6v
Vcc+ 0,6v
VeMAX
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LacourbeR1(2)représentelatensionauxbornesdeladiode.LorsqueladiodeconduitlatensionàsesbornesestVF,quasimentconstante
R11k
D11N914
R1(1) R1(1) R1(2)
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R11k
C1
100nF
C1(1)
R1(1)
C1(1) D1(A)
D11N914
Production d’une impulsion négative
Vemax=5V,VCC=5V,VF=0,7Vf(Ve)=500HzIndiquersurlegraphedeVelesvaleursdeT(lapériode)TracerencorrespondanceVsencorrespondancedeVe(tenircompteduseuildeladiodeetdesvaleursdeR1etC1)
Compléterlegrapheci-dessous,sansladiodepuisavecladiode.
Onconsidèreraquelecondensateursecharge/déchargeen5.RC
t
t
Ve
5V
Vs
5V
Sans diodeAvec diode
0V
+5V 10V
1ms
-5V
5+0,6=5,6V
0V
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2.5Comportementdynamiqued’unediode
2.5.1Préambule:Analysestatique/dynamiqued’uncircuit
L’Analysedynamique
…neconcernequelescomposantesvariablesdestensionsetcourants (ou“signaux”électriques,ouencorecomposantesalternatives(AC))
L’analysedynamiquepermetdedéfinirlafonctiondetransfertinformationnelle
☛n’ad’intérêtques’ilyadessourcesvariables!
L’Analysestatique
…selimiteaucalculdesvaleursmoyennesdesgrandeursélectriques (oucomposantescontinues(DC),ouencorecomposantesstatiques)
L’analysestatiquepermetdetrouverlepointdepolarisationo Analysecomplèteducircuitsiseulesdessourcesstatiquessontprésentes
Notation: lettresmajusculespourlescomposantescontinues
lettresminusculespourlescomposantesvariables
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Illustration:Etudelatensionauxbornesd’uncomposantinsérédansuncircuit.
R1
R2 vR2(t)=VR2+vr2(t)VE
ve
Hypothèses: ve=signalsinusoïdal,àvaleurmoyennenulle VE=sourcestatique(DC)Notations:vR2(t)=valeurinstantanéedelatensionauxbornesdeR2tq VR2composantecontinue(DC) vr2composantevariable(AC)
Principedesuperposition:
!Commetouslescomposantssontlinéaires,leprincipedesuperpositions’applique
$lasourcestatiqueVEestàl’originedeVR2,etveestàl’originedevR2
Calculcomplet
(t)𝑣𝑅2(𝑡) =
𝑅2𝑅1 + 𝑅2
. [𝑉𝐸 + 𝑣𝑒(𝑡)] =𝑅2
𝑅1 + 𝑅2. 𝑉𝐸 +
𝑅2𝑅1 + 𝑅2
. 𝑣𝑒
VR2 vr2(t)
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VE
R1
R2 VR2
Analysestatique(DC):
“schémastatique”ducircuit
☛Unesourcedetensionstatiquecorrespondàun“court-circuitdynamique”
0=ev
☛Enstatique,unesourcedetensionvariableàvaleurmoyennenullecorrespondàuncourt-circuit
𝑉𝑅2 =𝑅2
𝑅1 + 𝑅2. 𝑉𝐸
Analysedynamique(AC):
ΔVE=0ve
R1
R2
“schémadynamique”
vr2 𝑣𝑟2(𝑡) =𝑅2
𝑅1 + 𝑅2. 𝑣𝑒(𝑡)
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Autresexemples:
ve Io
R1 R2
R3 vR3(t)=VR3+vr3(t)
1)
☛Unesourcedecourantstatiqueestéquivalentenrégimedynamiqueàuncircuitouvert.[puisquei(t)=0!]
Schémadynamique
ve
R1 R2
R3 vr3
Schémastatique
Io
R1 R2
R3VR3
𝑉𝑅3 =𝑅1.𝑅3
𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3. 𝐼0
𝑣𝑟3 =𝑅3.𝑣𝑒(𝑡)
𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3
41
2)
vR2(t)vgω
Rg
Val
R1
R2
C
Schémastatique: àfréquencenulleC=circuitouvert
!C=composantlinéairecaractériséparuneimpédancequidépenddelafréquencedusignal
VR2
Val R1
R2
𝑉𝑅2 =𝑅2
𝑅1 + 𝑅2. 𝑉𝑎𝑙
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Schémadynamique:
vr2vgω
Rg
R1
R2
schémaéquivalentdynamique
ggv
ZRRRRv+
=→12
12////
ωjCRZ gg
1 avec +=
pourωsuffisammentélevée:
ωjCZc
1=
ZC
gg RZ ≈ et
☛A“trèshautes”fréquences(àprécisersuivantlecas),lecondensateurpeutêtreremplacéparuncourt-circuit.
𝑣𝑟2 =𝑅1 ∥ 𝑅2
(𝑅1 ∥ 𝑅2) + 𝑅𝑔. 𝑣𝑔
VCC
R110k
R210k
R3100
C1
100uVE
AMP=1VFREQ=1000Hz
B110V
R1(2)Ve
POLARISATION et signal
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☛Leprincipedesuperpositionn’estplusvalableenprésencedecomposantsnon-linéaires!
Extrapolationspossibles:
•lepointdefonctionnementrestedansundesdomainesdelinéaritéducomposantnon-linéaire
•l’amplitudedusignalestsuffisammentfaiblepourquelecomportementducomposantresteapproximativementlinéaire.
➔ “modèlelinéairepetitssignaux”deladiode
45
■VariationdefaibleamplitudeautourdupointdefonctionnementstatiqueQ:➨lacaractéristiqueId(Vd)peutêtreapproximéeparlatangenteenQ
o dQd
dd v
dVdIi ⋅≅
o schémaéquivalentdynamiquecorrespondantaupointQ:
≡1−
Qdd
dVdI
=“résistancedynamique”deladiode
Id
Vd
Vo
QQdI
QdV
2|id|
2| v|
2.5.2Modèlepetitssignaux(bassesfréquences)
!CeschémanepeutêtreutiliséQUEpouruneanalysedynamiqueducircuit!
Hypothèse: variationsuffisammentlente(bassefréquence)pourquela caractéristique“statique”restevalable.
Qdd
dVdIpente:
46
■Notation:rf==résistancedynamiquepourVd
Q>0
rr==résistancedynamiquepourVdQ<0
1
0
−
>dVdd
dVdI
1
0
−
<dVdd
dVdI
!àtempératureambiante:( )
( )125=Ω≈ m
mAIr
df
•PourVd>>Vo,rf≈Rf
•PourVd<0,rr≈Rr
•PourVd∈[0,~Vo],d
TmVV
sT
smVV
sdVd
df I
VmeImV
IeIdVd
dVdIr T
d
T
d
d
=⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−≅=
−−− 111
.1.
!prochedeVolacaractéristiqueI(V)s’écartedelaloiexponentielle
➢rfnedevientjamaisinférieureàRf(voircourbeexpérimentale)
Id
47
Exemple:
vD(t)Ve ve
Ra
1kΩ C
10µF D
Rb2kΩ
5V
Analysestatique: VVmAI DD 62,0,2,22000
6,05≈=
−≈
DiodeSi:Rf=10Ω ,Vo=0,6VTempérature:300K(26°C)
( )tve ⋅⋅⋅= π210sin1,0 3
Analysedynamique: ,122,226
Ω=≈fr ac RZ <<Ω=16
Schémadynamique:
1kΩ
ve
2kΩ
~12Ωvd€
→vd ≈1,2⋅ 10−3 sin 103 ⋅ 2π⋅ t( )
$Amplitudedesondulationsrésiduelles:1,2mV
F(ve)=1kHz0,1Vω.1C
Zc =
48
R11k
D11N914
R1(1) R1(1)
D1(A)
V15V
C1
10uF
R22k
49
2.5.3Réponsefréquentielledesdiodes
■Limitationàhautefréquence:
Pourdesraisonsphysiques,lecourantIdnepeutsuivrelesvariationsinstantanéesdeVdaudelàd’unecertainefréquence.
■Letempsderéponsedeladiodedépend:
➨dusensdevariation(passant→ bloqué,bloqué→ passant)(⬄ signauxdegrandeamplitude)
➨dupointdefonctionnementstatique(pourdespetitesvariations)
➨apparitiond’undéphasageentreIdetVd
➨lemodèledynamiquebassefréquencen’estplusvalable
50
•VariationdeVddefaibleamplitude,souspolarisationdirecte(VdQ>0)
!unepetitevariationdeVdinduitunegrandevariationId,c’est-à-diredeschargesquitraversentladiode
!Ahautefréquence,deschargesrestent“stockées”dansladiode(ellen’arriventpasàsuivrelesvariationsdeVd)
!~Comportementd’uncondensateur,dontlavaleuraugmenteavecId (cfphysiquedesdispositifssemiconducteurs)
☛Ordredegrandeur:Cd~40nFà1mA,300K.
Modèlepetitssignauxhautefréquence(Vd>0):
TICQd
d ∝
=“capacitédediffusion”
≡
rc
rsc
!àbassefréquence:rc+rsc=rf
!laséparationendeuxrésistancestientmieuxcomptedesphénomènesphysiquesenjeu.
51
suitedel’exempleprécédent…:
vD(t)ve
Ra
1kΩ C
10µF D
Rb2kΩ
5V
Id=2,2mA➔ Cdiff~100nF
Aquellefréquencelacapacitédynamiquecommence-t-elleàinfluencerlatensionvd?
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
thvvlog
logf
-3dB
kHzCrfdiffth
13021 ≈= π
SchémadynamiqueentenantcomptedeCdiff:
1kΩ
ve
~12Ω
v
Cdiff
rth~11Ω
vth
v
Cdiff =«filtre»passe-bas
(hypsimplificatrice:rc~0)
52
•Diodeen«commutation»:Tempsderecouvrementdirectetinverse
oletempsderéponsedépendducourantavantcommutation.oordredegrandeur:ps→ns
Letempsderéponsefinideladiodes’observeaussien«modeimpulsionnel»,lorsqueladiodebasculed’unétatpassantversunétatbloquéetvice-versa.
VdVg
R
Vo
Vg
t
-VR
VQ
tempsderéponse-VR
VdVo
Id(VQ-Vo)/R
-VR/R
53
LesimulateurSPICEtientcomptedutempsderecouvrementdesdiodes(1N914vs1N4004)
DIODE4
R11k
R1(1) R1(2)R1(1)
D11N4004
R11k
R1(1) R1(2)R1(1)
D11N914
54
2.6Quelquesdiodesspéciales
Ordredegrandeur:VZ~1-100V,Imin~0,01-0,1mA,Pmax↔ régimedefonctionnement
!Diodeconçuepourfonctionnerdanslazonedeclaquageinverse,caractériséeparunetensionseuilnégativeou«tensionZener»(VZ)
2.6.1DiodeZener
-Imax
Imax:courantmax.supportéparladiode (puissancemax:Pmax~VZImax)
-Vz
VZ:tensionZener(pardéfinition:VZ>0)
-Imin
Imin:courantminimal(envaleurabsolue)audelàduquelcommenceledomainelinéaire“Zener”
Id
Vd
"Caractéristiques
55
Id
Vd-Vz
-Imin
-Imax
pente1/Rz
■schémaséquivalentshyp:Q∈ domaineZener
Q
o Modèlestatique:
≡
Vz
Vd Id
+
Rz
o Modèledynamique,bassesfréquences,faiblessignaux:
zQd
dz R
dVdIr ≅
⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡=
−1
pour|Id|>Imin
56
2.6.2Diodeélectroluminescente(ouLED)
■Principe:Lacirculationducourantprovoquelaluminescence
o Fonctionnementsouspolarisationdirecte(V>Vo)
o L’intensitélumineuse∝ courantélectriqueId
☛NemarchepasavecleSi
▪ Vo≠ 0,7V!
▪ Vodépenddelacouleur
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Couleur Longueur d’onde (nm) Tension de seuil (V)
IR Λ > 760 Vs < 1,63
Rouge 610 < λ < 760 1,63 < Vs < 2,03
Orange 590 < λ < 610 2,03 < Vs < 2,10
Jaune 570 < λ < 590 2,10 < Vs < 2,18
Vert 500 < λ < 570 2,18 < Vs < 2,48
Bleu 450 < λ < 500 2,48 < Vs < 2,76
Violet 400 < λ < 450 2,76 < Vs < 3,1Ultraviolet λ < 400 Vs > 3,1Blanc xxx Vs = 3,5 V
58
3.5PHOTODIODE
Polariséeeninverseelleproduituncourantproportionnelàl’énergielumineusereçue(généralementdansl’infrarouge)
CapteurCCD
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3.ApplicationsdesDiodes
3.1Limiteurdecrête(clipping)
■Fonction:Protégerlescircuitssensibles(circuitsintégrés,amplificateuràgrandgain…)contreunetensiond’entréetropélevéeoud’unepolaritédonnée.
Id
Vd=Ve
Vg
Q
Vo
droitedecharge
eg
g
ZRV//
Limited’utilisation:Puissancemaximaletoléréeparladiode.
Clippingparallèle
VeVg
circuitàprotéger
Rg
Ze
(diode//charge)
Clippingsérie:
Ve(t)circuitàprotéger
ZeVg
Rg
60
■Protectionpardiode:
o Vmax<0~-0.7V
o VA≤ ~20,7V
o laconductiondeladiodeengendreuncouranttransitoireetdiminuelatensioninductive.
+20V
V
I
+20V
L
I
V
■ouverturedel’interrupteur:
o
o VA→ +∞
o risquededéchargeélectriqueàtraversl’interrupteurouvert
☛L’interrupteurpourraitêtreuntransistor...
−∞→=dtdILV
Protectioncontreunesurtensioninductive(ex:ouverture/fermetured’unrelais)
A
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Lors de la rupture de courant (relâche du bouton) la diode commence à conduite lorsque Vs atteint VCC+0,7 V. L’énergie accumulée dans L1 est dissipée dans la résistance interne de la diode durant environ 250 µS, il y a ensuite un phénomène oscillatoire due à la capacité de la diode (circuit LC //), ce phénomène apparait lorsque le point de fonctionnement de la diode s’approche du coude (fonctionnement non linéaire).
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A suivre …. Le transistor à effet de champ Pour préparer la prochaine séquence :
Bien connaitre la loi d’Ohm, les théorèmes de superposition et de Millman
Intégrer les concepts de grandeurs alternatives et continues, le principe de polarisation et de variation d’une grandeur électrique autour d’un point de repos.
Revoir les exercices, être capable d’expliquer les formes et grandeurs des signaux sur les graphes temporels.