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| | Cours Electronique : M06 : Les diodes |  |
| | | Auteur | Message |
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Asl
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| Sujet: Cours Electronique : M06 : Les diodes  Mar 21 Aoû - 8:02 | |
| LES DIODES Il existe un grand nombre de types de diodes :
- Diode signal
- Diode de redressement
- Diode zener
- Diode electro luminescente ou L.E.D.
- Diode Schottky
- Diode varicap
- Diode infrarouge
- Diode tunnel
- Diode laser
- ... et encore beaucoup d'autres
Nous ne traiterons ici que des 4 premières. Pour les autres...Le Net regorge de pages à ce sujet pour votre information !LA DIODE
- Une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens.
- De l'anode vers la cathode
- Dans l'autre sens la diode se bloque. Le courant ne pouvant pas passer, la diode est alors équivalente à un fil coupé.
CARACTERISTIQUES GENERALESEn plus de sa caractéristique "passante/bloquée", la diode possède des caractéristiques bien particulières qu'il est obligatoire de bien maitriser (d'avoir en permanence à l'esprit) :
- Citation :
- Sa tension de seuil
Son courant (sens passant) maximal
Sa tension inverse max
Tension de seuil
Lorsque la diode est polarisée dans le sens passant (anode plus positive que la cathode) quelle tension avons-nous à ses bornes ?
- Citation :
Lorsqu'une diode conduit, la tension à ses bornes est TOUJOURS de 0,6v
(pour une diode au silicium) Il existe deux types (technologie de diodes :
Les diodes au silicium : les plus courantes, celles que nous employons toujours - tension de seuil : 0,6v.
Les diodes au germanium : ce sont les premières diodes qui ont été fabriquées. Ne sont plus utilisées que pour leur tension de seuil qui est de 0,2v.
Courant maximal
La diode n'est en aucun cas un élément résistif. Rien ne peut limiter le courant qui la traverse.
Or, pour chaque type de diode, il existe un courant maximal à ne jamais dépasser sous peine de détruire la diode.
C'est pour cela que
- Citation :
LA DIODE DOIT TOUJOURS ETRE CONNECTEE
AVEC UNE RESISTANCE DE LIMITATION D'INTENSITE EN SERIE
Tension inverse maximale
On appelle "tension inverse" la tension présente à ses bornes lorsqu'elle est bloquée (anode plus négative que la cathode), donc polarisée en inverse.
Ce paramètre est fourni par le constructeur dans le data-sheet (comme tous les autres paramètres d'ailleurs).
Autres paramètres
Le courant de fuite: lorsque la diode est bloquée, il y a tout de même un courant très très faible qui circule de la cathode vers l'anode. Sa valeur max est de l'ordre de quelques dizaines de µA pour une diode normale, et peut parfois atteindre quelques mA pour des diodes haute tension et fort courant.
Le temps de recouvrement : Temps que met la diode pour passer de l'état bloqué/passant, et vice versa. Causé essentiellement par sa capacité "parasite" (que tout composant électronique possède malheureusement). De l'ordre de quelques nano secondes, donc pas toujours à négliger quand même.
DIODE DITE "DE SIGNAL"Petite diode, pas uniquement que par la taille.
Utilisée dans un contexte faible tension et faible courant (ex : 1N4148).
DIODE DE REDRESSEMENTUtilisée principalement dans les alimentations pour le redressement et dans tous les cas où des tensions et courants importants sont mis en jeu.
A noter qu'hormis les caractéristiques propres à chacune (tension/courant), il n'y a aucune autre différence entre la diode signal et de redressement.
DIODE ZENERLa diode zener, comme toute diode, est désignée par son anode et par sa cathode :
Nous avons vu que dans une diode "classique" il y a la tension inverse max à ne pas jamais dépasser sous peine de destruction de la diode.
Dès que nous franchissons ce seuil de tension, il se passe à l'intérieur de la diode ce que l'on nomme "l'effet zener",
qui fait conduire la diode dans le sens inverse et avec le courant maximal... qui détruit la diode. Les fabricants ont utilisé ce phénomène (en dopant la jonction de la diode) pour que la diode ne se détruise plus mais qu'au contraire reste dans sa zone de claquage.
Nous obtenons donc la diode zener.
C'est une diode normale. Mais oui, dans le sens passant, elle agit comme une autre diode c'est-à-dire qu'elle a aussi son seuil de 0,6v.
Et dans le sens bloqué, la zener ne conduit pas... jusqu'à ce que sa tension inverse atteigne le seuil pour lequel elle a été fabriquée : que nous appelons sa tension zener.
Il est donc évident que nous branchons toujours la zener en inverse, c'est-à-dire la cathode vers le +.
Par exemple :
Quelque soit la tension U appliquée, la zener présentera toujours à ses bornes sa tension de référence.
Quelque soit la tension U.. tant que U > réf zener. Sinon, la zener se bloque et nous retrouvons en sortie U.
Caractéristiques de la zener
Il y a bien sûr celles concernant la zener dans le sens passant, mais comme son utilisation "normale" est justement de la connecter dans le sens inverse, nous sautons ce point.
Dans la pratique, il n'y a réellement que deux caractéristiques à retenir pour la zener :
- Sa tension zener (normalement marquée sur le boitier)
- Le courant max qui la traverse lorsqu'elle conduit (en inverse).
Et les zeners ne sont pas commercialisée avec l'indication du courant max mais de sa puissance maximum.
Exemple : zener de 5,6v / 0,5W
Pour déterminer le courant max à ne pas franchir (et donc pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant), on utilisera bêtement la loi d'ohm : I = P /U.
DIODE ELECTRO-LUMINESCENTE (LED)Notre chère LED qui illumine tous nos montages !
Aucun marquage sur le boitier (normal). L'anode est toujours repérée par la broche la plus longue.
Sa tension de seuil est comprise entre 2 et 3v environ, paramètre qui dépend de sa fabrication.
Nous avons les LEDs classiques, peu chères (souvent fabriquées en chine) mais ne pas être exigeant sur les caractéristiques
Et puis les LEDs "normalisées" (de HEWLETT PACKARD par exemple), qui elles ont des caractéristiques très précises... mais beaucoup plus chères !
Le courant de fonctionnement d'une LED (classique) se situe entre 10mA à 20 mA.
Dernière édition par Asl le Dim 2 Sep - 10:54, édité 1 fois | |
| | | | Asl
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| | Sujet: Re: Cours Electronique : M06 : Les diodes Sam 25 Aoû - 9:47 | |
| MONTAGES PRATIQUES (mais c'est vous qui allez travailler !)Bon, puisque j'ai tout compris, je peux maintenant commencer à monter ma diode sur ma plaquette d'essais... Tout d'abord :
Dans ce montage, est-ce que la diode D1 conduit ?
- Spoiler:
Quelle tension avons-nous sur son anode (côté R1) ? = +5v
Quelle tension avons-nous sur sa cathode ? = 0v (masse)
L'anode est plus positive que la cathode
Donc D1 conduit.
Et quelle est la tension à ses bornes ?
- Spoiler:
Sans indication contraire, nous considérons toujours que c'est une diode au silicium,
donc, lorsqu'elle conduit, son seuil de tension est de 0,6v et ce,
quelque soit le courant qui la traverse.
(et 0,2v si c'était une diode au germanium)
Un autre montage :
Est-ce la diode D2 conduit ?
- Spoiler:
Nous prenons le même raisonnement :
Quelle tension avons-nous sur son anode ? = 0v (masse)
Quelle tension avons-nous sur sa cathode (côté R2) ? = +5v
L'anode est plus négative que la cathode
Donc D2 NE PEUX PAS CONDUIRE.
Et quelle est la tension aux bornes de D2 ?
- Spoiler:
D2 ne conduit pas.
Nous considérons que c'est un circuit ouvert.
Il y a donc une différence de potentiel de +5v à ses bornes.
Lorsque vous voyez un montage tel que celui-ci :
Pensez-vous que D3 puisse conduire ?
- Spoiler:
Ce qui compte, ce n'est pas la polarité des tensions à ses bornes
car elles peuvent très bien être négative toutes les deux.
Anode = 0v
Cathode = - 1000v
Et comme 0v > -1000v
D3 conduit.
Un peu de calcul maintenant :
Quel courant circule dans D4 ? (on suppose Vout connecté à aucune charge).
- Spoiler:
Si vous avez répondu 5mA...
Rendez-vous immédiatement en prison
au module 03 (Utilisation correcte de la loi d'ohm)
Et sans toucher les 20.000Frs !
Car un peu de révision s'impose !
Le courant dans D4 est le même que celui qui traverse R4.
Appliquons la loi d'ohm :
I = U / R donc I = (5v-0,6v seuil de D4) / 1000 = 4,4mA
Un petit montage que l'on rencontre fréquemment :
Quel signal recueillons-nous en Out ?
Réfléchissez bien et prenez votre temps avant de répondre...
- Spoiler:
Nous avons la cathode D5 connectée au +5v.
Lorsque le créneau de 10v arrive, D5 conduit bien sûr.
Et nous avons donc en Out
un créneau de 5,6v d'amplitude
(5v de la cathode + le seuil de D5)
Et un petit rappel, pour calculer le courant dans R5 :
I = U / R donc I = (10v-5,6v) / R5
Et non I = 10v/R5 !!!
Et avec une diode zener (pour les pros des diodes !) :
Nous avons parlé du courant max d'une diode zener mais il nous faut aussi prendre en compte le courant min.
C'est le courant de maintien nécessaire à la diode zener
afin qu'elle reste toujours dans sa plage de fonctionnement.
Il est d'usage de prendre comme courant de maintien pour une zener
entre 10 et 20% de son Imax.
Calculer R6 afin que ce montage puisse fonctionner correctement ? (R6 = valeur et puissance).
- Spoiler:
Rien n'est compliqué, il suffit de procéder par étapes.
Pour définir R6, il nous faut connaitre le courant qu'elle doit fournir :
Le courant dans RU = U / R = 5,6v / 80 = 70mA
PLUS
le courant de maintien de D6
Courant max de D6 = P / U = 0,5W / 5,6 = 89mA (arrondi)
Pour le courant de maintien, nous prendrons dans ce cas 17% du Imax
(avec un peu d'habitude vous ajusterez pour que la valeur finale de R6
soit une valeur normalisée)
soit 15mA
DONC R6 DOIT POUVOIR FOURNIR UN COURANT DE 70 + 15 = 85mA
Calculons maintenant R6.
Nous appliquons encore (et toujours) la loi d'ohm :
R6 = U (de R6) / I = (12-5,6) / 85mA = 75 ohms
Et quelle puissance doit pouvoir dissiper R6 :
P = U I = (12-5,6) x 85mA = 0,544W donc 1W.
Un peu de lumière pour le dernier montage....
Le seuil de la LED D7 est de 2,5v.
Calculez R7 pour qu'un courant de 20mA traverse D7 ?
- Spoiler:
Fastoche !
Toujours la loi d'ohm !
Le courant dans D7 sera le même que celui de R7.
Donc R7 = Ur7 / I = (12-2,5) / 0,020 = 475 ohms
Nous prenons la valeur normalisée la plus proche
R7 = 470 ohms.
Et on n'en profite pour vérifier sa puissance :
P = U I = (12-2,5) x 20mA = 0,19W donc 0,25W
| |
| | | | Asl
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| | Sujet: Re: Cours Electronique : M06 : Les diodes Ven 31 Aoû - 8:35 | |
| APPLICATION
CALAGE DE NIVEAULorsque, dans un montage, nous utilisons un condensateur de liaison (pour supprimer la composante continue du circuit précédent), que se passe-t-il exactement ?
Hé bien, le signal, de l'autre côté du condensateur, va "s'aligner" autour de sa valeur moyenne au niveau du 0v (masse).
Que ce soit un signal symétrique (sinusoïde, créneaux) ou non symétrique (signal composite vidéo par exemple).
Or, ceci est en général très gênant.
Car si nous avons la résistance du circuit RC connectée à la masse par exemple, le signal va donc s'aligner autour du 0v.
De ce fait, nous aurons une partie du signal (la moitié) qui sera négatif.
Si notre montage est mono-tension, nous aurons quelques problèmes pour pouvoir traiter ce signal.
Pour remédier à cela, nous utilisons un calage de niveau ("clamping" en anglais) :
Un ajout d'une simple diode et le point le plus négatif du signal va s'aligner à 0v (masse).
Voyons comment cela peut fonctionner dans le détail :
Trace du haut : le signal à l'entrée, une sinusoïde de 5v d'amplitude crête-crête (niveau peu important, puisque C1 va filtrer la composante continue).
Et trace du bas, la sortie Out.
Lorsque nous n'avons pas de signal, Out est à 0v par R1 qui amène la masse.
Le signal arrive.
- Partie {A}, la demie-alternance positive :
Etant de l'alternatif, le signal passe C1 et nous le retrouvons de l'autre côté.
Anode de D1 à 0v et la cathode à 2,5v (max) => D1 est bloquée et le signal est disponible en Out.
- Partie {B} quart d'alternance négative du signal (en bleu) :
Le signal passe toujours C1 mais débutant à 0v, il va se retrouver en tension négative.
Anode de D1 à 0v et la cathode à -2,5v (min) => D1 conduit et met donc le signal à la masse. Nous avons 0v en Out.
- Partie {C} début de la remontée du signal (à partir du point le plus négatif - 2ème trait vertical vert) :
Le signal passe mais démarre à 0v.
Ce qui fait que D1 se bloque (anode à 0v te cathode à l'amplitude positive du signal) => nous retrouvons la sinusoïde de 5v crête-crête en Out.
Et à partir de maintenant, la phase {C} se reproduit en permanence. Nous avons calé le point le plus faible du signal à 0v.
A zéro volt ?Et bien non, pas tout à fait exactement.
Car (il y a toujours un "car" !), si nous étudions le fonctionnement en détail, nous avons omis de prendre en compte le seuil de 0,6v de D1.
C'est la partie en bleu sur le schéma.
Si bien qu'en réalité, nous calons le signal à -0,6v.
Et je vous laisse mettre en pratique ce que vous avez appris précédemment pour en détailler le pourquoi.
Bon ok ! Mais ce n'est totalement satisfaisant tout ça.
Car -0,6v cela ne m'arrange pas, même 0v d'ailleurs.
Il faut pouvoir remonter à ma convenance le niveau de sortie du signal. LES DEUX SOLUTIONS | |
| | | | Asl
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| | Sujet: Re: Cours Electronique : M06 : Les diodes Jeu 6 Sep - 7:27 | |
| APPLICATIONS
CIRCUIT BOOTSTRAPOu circuit pompe de charge (en français).Il arrive que parfois, il nous est nécessaire d'augmenter l'amplitude d'un signal de commande, par exemple dans un pont en H.
Pourquoi ?
Lorsque vous avez à commander un moteur ou autre par un système en pont c'est-à dire qu'il y a au moins un transistor de commande en "haut" (relié à l'alimentation +), il est nécessaire d'utiliser un PNP.
En effet, si nous employons un NPN (Q1) :
Lorsque nous appliquons des créneaux de 12v, le mosfet conduit. Mais dès qu'il conduit, le potentiel drain se retrouve sur la source (au rdson près), point (S). Ce qui veut dire que le potentiel source est donc égal à +ALIM BOBINE (12v par exemple). Mais à partir de ce moment, nous avons donc source = +12v et gate = +12v. Et comme pour conduire il faut que la tension gate soit supérieure à la source... votre transistor ne conduit pas.
Et votre circuit ne fonctionne pas !! Zut de zut 
Solution : employer un PNP.
Le problème est qu'ils sont un peu plus chers, parfois un peu difficile à trouver mais surtout qu'ils ont des caractéristiques moindres que le NPN.
On va donc employer un NPN.
Mais pour cela, pour les transistors du haut il nous donc, dans l'exemple indiqué, commander Q1 avec un signal d'une amplitude de : 12v (Vcc) + 12v (commande) = 24v !
Aie, mais je n'ai pas cette tension sur mon circuit...
Nous allons donc la fabriquer, hé oui, nous sommes géniaux ! 
D'où le fameux circuit bootstrap.
Le schéma :
Nous pilotons le circuit par un train de créneaux (OSC : généré par un 555 par exemple) d'amplitude +12v
Pour bien comprendre le fonctionnement il est (encore) nécessaire de décomposer en "phases" le créneau.
1. Absence de signal :
Quelle tension avons-nous au point commun des diodes?
Quelle tension à +Vbootstrap ?
Votre avis...
- Spoiler:
Au point commun des diodes
nous avons +12v - 0,6v (seuil de D1) = 11,4v
et +Vbootstrap est égal à :
11,4v - 0,6v (seuil de D2) = 10,8v
2. Front montant :
C'est de l'alternatif donc le front passe C1 qui a au point commun des diodes une tension continue de 11,4v. Nous nous retrouvons avec une tension de 11,4v + 12v (front du créneau) = 23,4v.
On considère que C1 n'apporte aucune diminution d'amplitude.
Mais maintenant D2 conduit (23,4v sur son anode et 10,8v sur sa cathode).
Nous récupérons donc à +Vbootstrap le même front mais d'une amplitude = 23,4v - 0,6v (seuil de D2) = 22,8v.
3. Palier haut :
Rien ne change, D1 et D2 sont bloquées et 23,4v au point commun des diodes et 22,8v à +Vbootstrap.
4. Front descendant :
Ce front "négatif" de 12v est retransmis par C1 et nous retrouvons de nouveau 23,4v - 12v (amplitude du front) = 11,4v au point commun des diodes.
D2 reste toujours bloquée et +Vbootstrap est toujours égal à 22,8v. C'est notre tension continue de sortie.
A utiliser dans le circuit (simple transistor par exemple) qui va générer l'amplitude des créneaux de commande du mosfet Q1.
Et ainsi de suite...
Donc en réalité nous ne pouvons pas recueillir les 24v théorique, uniquement 22,8v maximum. Ceci, bien sûr, à cause du seuil des deux diodes.
Mais ceci est amplement suffisant pour ce que nous voulons faire.
Jusqu'à maintenant, nous avons étudié le fonctionnement presque en statique, c'est-à-dire qu'aucune charge n'est connectée, et donc C2 ne se décharge pas.
Mais en réalité, il y aura une consommation et C2 va se décharger.
Que va-t-il se passer alors ?
A vous de réfléchir...
- Spoiler:
Nous avons vu que lorsque le créneau est au point commun des diodes,
la tension est de 23,4v.
Et dès que +Vbootstrap descend au-dessous de 22,8v,
D2 va conduire pour recharger C2.
Donc à chaque créneau C2 va se recharger.
Et les valeurs des composants (C1 / C2) ainsi que la fréquence va jouer bien évidemment un grand rôle en fonction de la consommation du montage.
- C1 fonction de la fréquence
- C2 fonction du courant de la charge (afin que +Vbootstrap reste le plus continu possible). Il est toujours de forte valeur, normal il fait office de réservoir (220µF / 470µF ou même 1000µF).
- La fréquence aussi en fonction du courant (recharge à chaque créneau).
Dernière précision et importante : si C1 est un électro-chimique, pensez à connecter le "+" au point commun des diodes.
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| | | | Asl
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| | Sujet: Re: Cours Electronique : M06 : Les diodes Mer 12 Sep - 8:53 | |
| APPLICATIONS
DOUBLEUR DE TENSIONPas d'excitation prématurée... ce circuit ne génère pas de tension supplémentaire. Il ne fait que restituer l'amplitude max du signal en tension continue.
Supposons que nous ayons un transfo 220v/12v.
Au secondaire nous avons donc une tension sinusoïdale de 12v.
12 volts ?
Bien sûr, mais mesurée à l'oscillo, quelle sera la tension affichée ?
Et comme vous avez superbement bien intégré les différents chapitres, je vous laisse le soin de répondre :
- Spoiler:
Lorsque nous parlons, par exemple, du 220v (sinusoïde), cela indique
une alternance positive de 220v
et une alternance négative de 220v,
soit 440v crête-crête.
Il en est donc de même pour le secondaire qui délivre donc une sinusoïde de 12v x 2 = 24v
Mais nous exprimons cette tension en tension efficace.
Pour avoir la tension vraie, il est nécessaire de multiplier par
racine carrée de 2 :
24v x 1.414 = 34v (arrondi)
Dans une alimentation (redressement/filtrage), nous recueillons une tension continue égale à l'amplitude (vraie) de la demi alternance de la sinusoïde (nous verrons cela plus en détail dans le prochain module).
Le doubleur de tension nous permet de recueillir une tension continue égale à l'amplitude crête-crête de la sinusoïde, soit le double de tension par rapport à l'alim classique. FONCTIONNEMENTTout d'abord, le schéma :
Plusieurs d'entre vous vont y reconnaitre leurs petits car cela ressemble beaucoup au circuit "calage de niveau".
Et en effet, s'en est un.
Appliquons maintenant une sinusoïde de 12v efficace (secondaire du transfo) :
Afin de rentrer directement dans le "vif" de l'explication, nous commençons notre sinusoïde par l'alternance négative (je vous laisse le soin d'imaginer le fonctionnement en commençant par l'alternance positive).
- Pas de signal : UD1=0v et UC2=0v.
- Phase [A] : demi alternance négative. Passe à travers C1.
D1 conduit (-06v sur sa cathode)
D2 est bloquée
- Phase [B] : remontée du signal égale à la tension crête-crête (34v).
D1 est bloquée
D2 conduit
C2 se charge donc à 34v (24 * 1,414)
- Phase [C] : descente du signal.
- La tension aux bornes de C2 ne change pas (pas de décharge), rien ne bouge :
Les 2 diodes sont bloquées et nous avons aux bornes de D1 la sinusoïde de 34v crête-crête calée à 0v (-0,6v pour être précis).
- La tension aux bornes de C2 baisse, décharge dans le circuit connecté en aval :
D2 conduira dès que la tension sur son anode sera supérieure à la tension de C2 (au seuil près) et rechargera C2.
En réalité, la tension disponible sera égale à la tension vraie crête-crête du signal moins la tension de seuil des deux diodes D1 et D2. Circuit très pratique mais qui, malheureusement, apporte une contrainte très importante : il ne peut pas fournir un courant trop important. En effet, C2 se décharge dans le circuit d'utilisation et ne peut se recharger que toutes les 20ms environ (dans notre cas avec une alimentation secteur). Temps très, trop long... Plus le courant demandé sera important, plus C2 se déchargera et le signal de sortie ressemblera plus à un signal dent de scie qu'à une tension continue. | |
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