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

3

Paramètres(coefficients)

Ne Ns

Amplificationenpuissance

AmplificationetFiltrage:Conditionnement

ElectroniqueANALOGIQUE

ElectroniqueNUMERIQUE

Architectureanalogique–numérique–analogique

ConvertisseurAnalogiqueNumérique

ConvertisseurNumériqueAnalogique

Unitédecalcul

(DSP,Microcontrôleur,FPGA)

4

Instrumentation

Robotique

Communications

Multimédia

Systèmesinformatiques

Cartesmémoires

…

•Pourquoiquellesapplications?

5

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)

7

•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

9

Le premier récepteur radio à transistors bipolaires

10

En1971:lepremierProcesseur

4004 d’INTEL : 15/11/1971 (2250 Transistors Bipolaires, 108 KHz, 4bits)

11

Maisçanesefaitpastoutseul...

12

Contenuducoursd’électroniqueanalogique1

1. LesDiodesPolarisationExemplesd’utilisations

2. LesTransistorsàeffetdechamp(MOSFET)UtilisationenamplificateurUtilisationencommutation

3. Amplificateuropérationnel Généralités Montagesélémentaires

13

!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

14

Diodes Mise en œuvre Aspects technologiques

15

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

17

Diodesderedressement(ex1N400x)

•Forteintensité(1A)•Fortetensioninverse(jusqu’à1000V)•Lenteencommutation(trr>100ns) réservéeauxbassesfréquences•Boîtierplastique•L’anneaurepèrelacathode•Marquageleplussouventenclair

18

DiodesLEDs• Choisiespourleurcouleur,luminositéettaille

• LatensionVfdépenddelacouleur(énergie)

• L’intensitéestpulséepouraccroîtrel’efficacitélumineuse

• Bicoloresàdeuxoumulticoloreparcombinaisonsdecourants

• Isoléesouassemblées

19

Diodesdepuissance

UtiliséesgénéralementpourleredressementdepuissanceDanslesonduleursparexempleIF>100A

20

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

21

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

24

■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

25

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

26

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

27

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

28

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

29

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

31

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

33

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

35

LacourbeR1(2)représentelatensionauxbornesdeladiode.LorsqueladiodeconduitlatensionàsesbornesestVF,quasimentconstante

R11k

D11N914

R1(1) R1(1) R1(2)

36

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

37

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

38

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)

39

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)

40

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

42

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

44

☛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

57

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

59

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).

62

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.