Fiche de révision : Diodes et circuits redresseurs

📋 Plan du Cours

1. Jonction PN et zone de déplétion
2. Polarisation directe et inverse
3. Modèles idéal et réel
4. Caractéristique et modèle linéaire
5. Montages à diode et points de fonctionnement
6. Redressement et écrêtage

📖 1. Jonction PN et zone de déplétion

🔑 Notions clés & Définitions

• Jonction PN : La jonction PN associe une zone positive appelée anode, une zone négative appelée cathode et une zone de déplétion séparée par une barrière de potentiel.
• Zone de déplétion : Région de la jonction PN où la barrière de potentiel crée un équilibre empêchant le passage du courant en l’absence de polarisation adaptée.

💡 Astuce mémo

Charges opposées → zone de déplétion → barrière de potentiel → courant bloqué

📖 2. Polarisation directe et inverse

📝 Points essentiels

• En polarisation directe, le pôle positif de la pile est relié à l’anode P et le pôle négatif à la cathode N, ce qui rétrécit puis effondre la zone de déplétion et permet la conduction.

📌 Pour une diode au silicium en polarisation directe, la tension appliquée doit dépasser environ 0,7 V pour que les électrons traversent massivement la jonction et que la diode conduise.

📌 En polarisation inverse, l’anode P est reliée à la borne négative et la cathode N à la borne positive, ce qui élargit la zone de déplétion et bloque le courant.

💡 Astuce mémo

Directe : barrière réduite et courant ; inverse : barrière élargie et blocage

📖 3. Modèles idéal et réel

★ À maîtriser

📌 La diode idéale est assimilée à un court-circuit en polarisation directe, avec $V_D=0$ et une résistance nulle, et à un circuit ouvert en polarisation inverse, avec $I_D=0$ et une résistance infinie.

Compléments

• La caractéristique d’une diode réelle comporte une zone de circuit ouvert, une zone de circuit fermé et une zone de claquage en polarisation inverse.

• Le courant de saturation inverse $I_S$ d’une diode réelle est compris entre $10^{-9}$ et $10^{-6}\,\mathrm{A}$.

💡 Astuce mémo

Diode idéale : interrupteur parfait ; diode réelle : seuil, pente et claquage

📖 4. Caractéristique et modèle linéaire

★ À maîtriser

📐 Formule — Le modèle linéaire d’une diode réelle est décrit par $V_D=V_0+R_DI_D$ et $I_D=\frac{V_D-V_0}{R_D}$.

📐 Formule — La résistance dynamique du modèle linéaire se calcule par $R_D=\frac{\Delta V}{\Delta I}$, ou entre deux points par $R_D=\frac{V_{D1}-V_{D2}}{I_{D1}-I_{D2}}$.

Compléments

• Pour déterminer la tension de seuil $V_0$, on prolonge la partie linéaire de la caractéristique jusqu’à l’axe des tensions.

💡 Astuce mémo

Seuil puis pente : $V_D=V_0+R_DI_D$

📖 5. Montages à diode et points de fonctionnement

★ À maîtriser

📐 Formule — Dans un montage série, la loi des tensions s’écrit $V_E=V_S+V_D$.

📐 Formule — Avec une diode idéale passante, $V_D=0$, donc $V_S=V_E$ et le courant vérifie $I=V_E/R$.

📐 Formule — Avec une diode au seuil de 0,7 V, la tension aux bornes de la résistance vérifie $V_R=V_E-0{,}7$.

Compléments

• Pour $R=50\,\Omega$ et $V_E=4\,\mathrm{V}$, le modèle à seuil de 0,7 V donne le point $V_D=0{,}7\,\mathrm{V}$ et $I_D=66\,\mathrm{mA}$.

• Pour $R=50\,\Omega$, $V_E=4\,\mathrm{V}$ et une diode réelle de seuil 0,7 V, le point de fonctionnement indiqué est $V_D=1{,}46\,\mathrm{V}$ et $I_D=50{,}8\,\mathrm{mA}$.

📖 6. Redressement et écrêtage

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un redresseur mono-alternance idéal, la sortie vaut $v_s(t)=v_e(t)$ pendant l’alternance positive et $v_s(t)=0$ pendant l’alternance négative.

📐 Formule — Dans un pont de Graetz idéal, lorsque $v_e(t)>0$, les diodes D1 et D3 conduisent et $v_s(t)=v_e(t)$, tandis que lorsque $v_e(t)<0$, les diodes D2 et D4 conduisent et $v_s(t)=-v_e(t)$.

📌 Dans un montage écrêteur à diodes de seuil 0,7 V, la sortie suit l’entrée entre les seuils puis est limitée à 0,7 V ou à -0,7 V lorsque l’entrée dépasse ces valeurs.

Compléments

📐 Formule — Pour $v_e(t)=V_m\sin(0{,}2\pi t)$ avec $V_m=10\,\mathrm{V}$, la fréquence vaut $f=0{,}1\,\mathrm{Hz}$ et la période vaut $T=10\,\mathrm{s}$.

📐 Formule — Pour le modèle réel avec résistance série, la sortie vérifie $V_s=V(t)-V_D-R_DI_D$.

💡 Astuce mémo

Alternance positive → conduction ; alternance négative → blocage ou inversion selon le montage

📊 Tableaux de synthèse

Modèles de diode