COURS Exposé

8/18/2019 COURS Exposé

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Cours exposé

FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques

email : nasser_baghdad @ yahoo.fr

U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A

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F A C U L T E D E

S S C I E N C E S E T T E C H N I Q U

E S M O H A M M E D I A

D E U S T - M I P –

M O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T S

É L E C T R I Q U E S E T É L E C T R O N I Q U E S

P R . A . B A G H D A D

- D E P A R T E M E N T G E N I E E L E C T R I Q U E

Pr . A. BAGHDAD 1


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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 2

Contenu du programme

Chapitre I : Généralités

Chapitre II : Régime continu

Chapitre III : Régime alternatif sinusoïdal

Chapitre IV : Les quadripôles

Chapitre V : Les filtres passifs

Chapitre VI : Les diodes

Chapitre VII : Le transistor bipolaire

Chapitre VIII : L’amplificateur opérationnel

Partie ACircuits électriques

Partie BCircuits électroniques


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Chapitre VI


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I. Généralités sur les diodes

II. Fonctionnement d’une diode à jonction

III. Applications de la diode à jonction


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Sommaire


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FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 5 U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A

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1°) Définition de la diode à jonction

2°) L’anode et la cathode

3°) Fonctionnement

4°) Le seuil de la jonction

5°) Tension de claquage

6°) Les différents type de diode

7°) Utilisation des diodes

8°) Conclusion


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7/71FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 7

► Une diode est le plus simple des composants dit actif, qui fait partie de la famille

des semi-conducteurs.

► Les diodes standards sont essentiellement fabriquer soit du silicium, ou legermanium qui est désormais bien moins utilisé.

► Le silicium : Le silicium, est un élément qui se trouve abandonnement dans lanature,

► On le trouve, principalement, associer à l’oxygène pour former la silice,constituant de certaines roches, et des innombrables grains de sable de nos plageset de nos rivières.

► Le silicium est connu pour être un bon conducteur de l’électricité ainsi il offre des

caractéristiques électriques exceptionnelle entre celles des autre conducteurs,comme les métaux, et celles des isolants : on l’appelle un semi-conducteur.

1°) Définition de la diode à jonction

U

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► En incorporant, au silicium pur, de très faibles proportions d’autres élémentsconvenablement choisis (phosphore, gallium, etc.) on modifie ses propriétés.

► Par cette méthode, on sait fabriquer deux types de semi-conducteurs : le type Ppour « positif », et le type N pour « négatif ».

► Une diode est un petit cristal rassemblant cote à cote, une zone P et une zone N, lamince région de transition, de quelques micromètres d’épaisseur, constitue la

jonction PN.► Une diode fait référence à tout composant électronique doté de deux électrodes.

► Il s'agit d'un composant polarisé qui possède donc deux électrodes, une anode etune cathode.

A K

U

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► La connexion du cristal qui sort de la zone P, appelée l’anode, elle est symboliséepar la lettre A ; l’autre est la cathode, qu’on représente par la lettre K.

► Pour les distinguer sur la diode, on imprime, sur le boitier, un anneau situé àproximité de la cathode.

2°) L’anode et la cathode

U


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► Une diode permet de contrôler la circulation du courant.► On peut dire qu’une diode laisse passer le courant lorsqu’elle est branchée enpolarisation directe et bloque le passage du courant lorsque la polarisation estinverse, à une tension donnée.

► Cette caractéristique permet de redresser un courant alternatif, pour ne laisser

passer que l'alternance positive ou que l'alternance négative (selon l'orientation de ladiode).

Symbole :

La diode est représentée par son symbole normalisé :

3°) Fonctionnement

A K

U


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► Il correspond à la tension de seuil ou la diode commence à conduire dans le sens

passant, c’est à dire qu’il faut un minimum de tension directe pour rendre la diodeconductrice : c’est le seuil de la jonction.

► Pour une diode au silicium, ce seuil est de l’ordre de 0,6 V.

► Tant que la diode reste passante, la tension à ses bornes garde une valeur voisine

de 0,6 à 0,7V.

4°) Le seuil de la jonction

U


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► En polarisation inverse, on constate que si l’on dépasse une certaine valeur detension, il apparait également un courant : c’est le claquage de la jonction (tension declaquage).

► Ce phénomène est du soit à l’effet d’avalanche, soit à l’effet Zéner. le claquagen’est pas destructif à condition que le courant soit limité à une valeur raisonnable parune résistance.

5°) Tension de claquage

polarisation inverse Polarisation directe

Vclaquage

La valeur Vclaquage pour une diode à jonction est de l’ordre de – 150 à 300 V

U


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6°) Différents type de diodes► Il existe plusieurs catégories de diodes semi-condutrices, parmi elles, on y trouve :

■ la diode à jonction PN

■ la diode Zener

■ la diode DEL (ou LED)

■ la photodiode

■ la diode Tunnel

■ la diode schottky

■ la diode varicap■ la diode Impatt,

■ la diode PIN

■ la diode Gunn, etc… Diode Schottky

DEL ou LED

Diode à jonction

Diode Tunnel

Diode Zener

Photodiode

Diode Varicap

U


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Remarque :

Les composants électroniques sont fabriqués avec des matériaux semi-conducteurspurs du groupe IV tels que le silicium, germanium … ou de semi-conducteurscomposites combinant un ou plusieurs éléments du groupe : III-V ou II-VI ou I-VII ouIV-VI ou V-VI ou II-V…

Les semi-conducteurs composites présentent un grand intérêt en raison de leurspropriétés : meilleurs mobilités, robustesse, conductivités thermiques élevées, bruit,puissance, la …

Exemple : groupe III-VLa colonne III (bore, gallium, aluminium, indium, etc.)La colonne V (arsenic, antimoine, phosphore, etc.)

Alliages binaires tels que : AsGa, AsIn… Alliages ternaires tels que : InGaAs, AlGaAs… Alliages quaternaires tels que : AlGaInP, InGaAsP… Alliages quinaires tels que : GaInNAsSb, GaInAsSbP…

Le cours se limitera à l’étude du fonctionnement de la diode à jonction.

U


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Semi-conducteurs composites.



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Avec tous ces types de diodes, on constate que la diode à plusieurs domainesd’utilisation :

■ le redressement et le filtrage des signaux, cette fonction rencontré surtout dans lesalimentations.

■ détecte les amplitudes des tensions pour aider au référencement de la tension.

■ elle peut servir de protection contre les surtensions.

■ la régulations des tensions simples pour les différant montages.

■ peut générer de signaux à haute fréquence.

■ elle permet d’émettre de la lumière (LED) pour l’affichage…etc.

7°) Utilisation des diodes

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La diode se présente comme un composant électronique très imposant et en mêmetemps très utile pour les différents montages car son domaine d’utilisation est trèsvarié et plus pratique.

8°) Conclusion

U


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1°) Symbole et convention

2°) Linéarité3°) Caractéristique I(V) réelle

4°) Équation électrique de la diode

5°) Polarisation de la diode

6°) Montage pratique7°) Association de diodes

8°) Influence de la température

9°) Linéarisation de la caractéristique I(V)

10°) Point de fonctionnement

11°) Différents classes de fonctionnement

12°) Différents modèles linéaires

13°) Modèle idéal

U


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■ L’extrémité de la flèche est au potentiel VA de l’Anode.

■ L’origine de la flèche est au potentiel VK de la Cathode.

■ V est la tension aux bornes de la diode (ou d.d.p.), signifie V = VA – VK

Symbole

Convention de signe

V = VA – VK = VAK

Tension :

2 bornes ou 2 électrodes :A : AnodeK : Cathode

1°) Symbole et convention

A K

A K

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0 V V V K A 0 V V V K A

Sens du Courant et signe de tension

I circule de A vers K I circule de K vers A

Tension V positive Tension V négative

Les deux flèches, de

tension et du courant,sont dans le sens

contraire

Les deux flèches, de tensionet du courant, sont dans lemême sens

0V 0V

C’est la convention récepteur : la diode est un récepteur actif

V = VA - VK

IA K

V = VA - VK

IA K

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Dipôle linéaire : résistance

I = f(V) ce que l’on veut sauf une droite

Dipôle non linéaire : diode

I = f(V) est une droite

A B

V = VA - VB

I R

I

V1/R

I

V

2°) Linéarité

V = VA - VK

IA K

U


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I = f(V) ce que l’on veut sauf une droite

I ~ 0 V < 0

I = f(V) est une droite

I = - V / R V < 0

I

V

1/R

I

V

La diode est un dipôle non linéaire et non symétrique

A B

V = VA - VB

IR

V = VA - VK

IA K

U


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dynamiquecerésis I

V Rd tan:

GeàV SiàV

4,02,07,05,0

0

0

10qcqàqcqder d

diodelade seuil detensionV :0

Grandeurs Caractéristiques de la diode :

3°) Caractéristique I(V) réelle

I

VV0

V > 0

IA K

V < 0

IA K

ΔV

ΔI

En inverseEn direct

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Is : courant de saturation ~ (qcq nA) négligeableq = │e-│charge élémentaire de l’électron = 1,6 10-19 CK : constante de Boltzmann = 1,38 10-23 J/KT : température (K)

1exp

KT V q I I s

275)()( C T K T

mV t éC àudevaleur laet q

kT u poseOn

liquide Helium K

liquideazote K

K C et K C

T T 25tan25

?4

?77

3002529520

1exp

T

sU

V I I

4°) Équation électrique de la diode

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5°) Polarisation de la diode

Polarisation directe ou positive

Polarisation inverse ou négative

P NA K

+ -

A K

+ -

VA > VK

P NA K

+-

A K

+-

VA < VK

U


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Polarisation directe ou positive

E : tension d’alimentation R : Résistance limitatrice du courantD : diode à jonction PN

VA > VK ===> V > 0

Les flèches de I et de V sont contraires VA > VK

E = R I + V V = E – R I ≠ E

KT V q I I

s exp

V < E : Il y a de la chute detension dans la résistance R

6°) Montage de polarisation de la diode

+-

E : f.e.m

R

E > 0 VD

I

A

K

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Discussion :

■ Le + de E est de côté de A (l’anode) et le – de E et de côté de K (la cathode), VA > VK

V > 0 la diode est donc polarisée positivement ou en direct.

■ La diode n’est conductrice qu’à partir de V > V0 . Elle est dite également passanteou allumée.

■ A partir de V > V0 , elle se comporte comme une très faible résistance : le semiconducteur peut être considéré dans ce cas comme étant un conducteur.

■ En revanche, si 0 < V < V0 , la diode est bloquée en direct, elle se comporte commeune très forte résistance : le semi conducteur peut être considéré dans ce cas commeétant un isolant.

* DBD si 0 < V < Vs* DCD si V > Vs

I

VV0

0 < V < V0V > Vs

DBD DCD

KT

V q I I s exp

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Les flèches de I et V ont le même sens VA < VK

VA < VK ===> V < 0

s I I

E = RI - V soit V = - E + RI = - E car I = 0 et V < 0 car E > 0

+

-E : f.e.m

R

E > 0


Il n’y a aucune chutede tension dans la

résistance R

Polarisation inverse ou négative

VDI

A

K

U


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E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q U


D E U S T - M I P – M

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0 I qcqnA I I s

I

V

DBI si V < 0

■ Le -

de E est de côté de A (l’anode) et le + de E et de côté de K (la cathode), V

A< V

K

V < 0 la diode est donc polarisée négativement ou en inverse.

■ La diode est non conductrice ou non passante. Elle est dite également bloquée ouéteinte.

■ A partir de V < 0 , elle se comporte comme une très forte résistance ou résistance

de fuite de forte valeur : le semi conducteur peut être considéré dans ce cas commeétant un isolant.

Discussion :

U


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Variante :

s I I

E = - R I + V soit V = E + R I = E car I = 0 et V < 0 car E < 0

Les flèches de I et V ont le même sens VA < VK


Il n’y a aucune chutede tension dans la

résistance R

VA < VK ===> V < 0

+

-

E : f.e.m

R

VDI

A

K

E < 0

U


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Association en série

Aucun intérêt pratique car le courant I traverse la diode dont la tension de seuil est laplus faible. Une diode en trop.

Association en parallèle

Si V > V01 + V02 Vs = V01 + V02

I

V

D1D2 Déq

V01 + V02V01 V02

R

Les diodes ne sont conductricesqu’à partir de V > V01 + V02

7°) Association de diodes

+

- EV

D1

I A1

K2

D2

V1

V2

+-

E V

R

D1

I

A

K

D2

ou

U


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La caractéristique se rapproche de l’axe des courants quand T augmente

T T V V et I I T T

T T 00''

'

Pour une tension V fixe, le courant augmente

8°) Influence de la température

I

V

T’ T

I(T)

I(T’)

V0(T’) V0(T’)

U


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Une diode est un récepteur actif, elle estsymbolisée par le circuit électrique suivant :

V0 : f.c.e.m.r d : résistance interne modélisant l’effet joule

Diode

Circuit électrique équivalent d’une diode

I

VV0

Circuit électrique

+- V0

Rd

I

V I RV V d 0

U


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La diode à jonction PN est un récepteur actif, la tension de seuil V0 dans le schéma

électrique équivalent doit être obligatoirement une f.c.e.m.

Le courant I de conduction direct doit être reçu par la borne + de la V0 car c’est unef.c.e.m.

+

- E V

R

D

IA

K

rd

V0

+

+

- E V

RI

A

K

Circuit équivalent

-

E : f.e.m+

-V0 : f.c.e.m

+

-

Générateur E : émetteur actif Diode V0 : récepteur actif

10°) Point de fonctionnement

rdri

U


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► On utilise la droite de charge du générateur (ou du circuit).► L’intersection de cette droite avec la caractéristique de la diode donne le point defonctionnement.

direct enon polarisaticar V kT

q I I diodeladetiqueCaractéris

RV E I RI E V V V RI E générateur dutiqueCaractéris

s

AK

exp:

:

La diode fonctionne en polarisation directe uniquement

+- E

R

RD

V0

+

+-

E V

R I

Circuitéquivalent

-VD

I

A

K

A

K- Point de fonctionnement- Point de polarisation

- Point de repos

I

VV0

R

E I

E

I

VV0

R

E I

E Courbe réelle Modèle linéaire

U


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I

V

V

I

Classe A

Classe B

I

V

Classe C

La diode conduit durant une demipériode du signal d’entrée.

La diode conduit durant moins d’unedemi période du signal d’entrée.

La diode conduit en permanence

11°) Différents classes de fonctionnement

U


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A K A K

V

I

Caractéristique inverse

Caractéristique directe

V0

V0En direct :+ -

V V = V0 + Rd I

RdI I

U


–

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A K

En direct :

V

A K

V0

+ -

V = V0 + Rd I

RdI I

En inverse :

A K

V = Vmax < 0

I = 0 A K

V

I


–

F A C U L T E D



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12°) Modèles linéaires

VF

A K A K

V

I



V0

V0+ -

V = V0

I En direct :


–

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. B A G H D A D

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A K

En direct :

V

A K

V0

+ -

V = V0

I I

En inverse :

A K

V = Vmax < 0

I = 0 A K

V

I


–

F A C U L T E D



O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T


P R . A

. B A G H D A D

- D E P A R T E M



43/71



A K A K

V

I



0

En direct :

V V = V0 + Rd I

RdI I


–

F A C U L T E D



O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T


P R . A

. B A G H D A D

- D E P A R T E M



44/71


A K

En direct :

V

A K

V = Rd I

RdI I

En inverse :

A K

V = Vmax < 0

I = 0 A K

V

I


–

F A C U L T E D



O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T


P R . A

. B A G H D A D

- D E P A R T E M



45/71


13°) Modèle idéal

A K A K

V

I



0


–

F A C U L T E D



O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T



- D E P A R T E M



46/71


A K

En direct :

V

I

En inverse :

A K

V = Vmax < 0

I = 0 A K

V

I

A K

V = 0

I = Imax


–

F A C U L T E D



O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T



- D E P A R T E M



47/71


A K

A K A K

A K A K

En direct : V > 0

En inverse : V < 0

CC

CO

V = 0 V

I = 0

V

I max

V max

I

I

P = V . I = 0

P = V . I = 0

Une diode idéale peut être considérée comme un interrupteur électronique qui nedissipe aucune puissance.

A K

interrupteur électronique


–

F A C U L T E D



O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T

S É L E C T R I Q U E S E T É L E C

T R O N I Q U E S


- D E P A R T E M



48/71

FSTM : DEUST - MIP E141 : Circuits Électriques et Électroniques Pr . A. BAGHDAD 48 U N I V E R S I T E H A S S A N I I C A S A B L A N C A

–

F A C U L T E D

E S S C I E N C E S E T T E C H N I Q

U E S M O H A M M E D I A


O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T


T R O N I Q U E S


- D E P A R T E M


A


49/71


1°) Redressement simple alternance

2°) Redressement double alternance avec 2 diodes

3°) Redressement double alternance avec 4 diodes

4°) Circuit d’écrêtage

5°) Circuit limiteur

6°) Caractéristiques des signaux périodiques

7°) Redressement et filtrage


–

F A C U L T E D




O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T


T R O N I Q U E S


- D E P A R T E M


A


50/71


1°) Redressement simple alternatif

et)temps+Emax

-Emax

monoalternancee(t) s(t)

st)temps+Smax

-Smax

e(t) = E sinωt

2°) Redressement double alternatif avec 2 diodes

et)temps+Emax

-Emax

doublealternance

avec 2 diodese(t) s(t)

e(t) = E sinωt st)temps

+Smax

-Smax

3°) Redressement double alternatif avec 4 diodes

et)temps+Emax

-Emax

doublealternance

avec 4 diodese(t) s(t)

e(t) = E sinωtst)

temps+Smax

-Smax


–

F A C U L T E D




O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T


T R O N I Q U E S


- D E P A R T E M


A


51/71


Principe

vet)

temps+E

-E

monoalternance

ve(t) vs(t)

vst)

temps+E

-E v

e(t) = E sinωt

Montage pratiqueRedressement simple alternance

1°) Redressement simple alternance

D

(1) (2)

R Secteur230 V~ eg vet) vst)

ve(t) = E sinωt

A K


–

F A C U L T E D




O D U L E : E 1 4 1 –

C I R C U I T S É L E C T R I Q U E S E T É L E C

T R O N I Q U E S


- D E P A R T E M


A


52/71


Tracé de Vs(t)

CC passante D

vvealorsT

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COURS Exposé