Fiche de physique - chimie
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Electronique de puissance : La diode

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La diode est un composant semi-conducteur non commandé : elle passe d'un état à un autre sans commande lorsque les conditions de passage sont vérifiées.

I- Structure générale :



La diode est constituée d'une jonction PN (voir cours sur les semi-conducteurs), la partie P correspond à l'anode A de la diode , la partie N correspond à la cathode K . Rappelons que les électrons libres de la partie N se recombinent avec les trous libres de la partie P à la limite de la jonction qui forme la barrière de potentiel de l'ordre de V_{Seuil}= 0,6 V (la tension seuil).

Electronique de puissance : la diode : image 5


Le courant passe de l'anode A vers la cathode K, c'est le sens direct : dans ce cas, l'état de la diode est dit passant .
Quand le courant tend à passer de K vers A, le sens est indirect et l'état de la diode est dit bloqué .

II- Etat passant :



Dans ce cas, le courant passe de A vers K et prend la valeur imposée par le circuit sur lequel la diode est montée, il faut quand même veiller à ce que ce courant ne dépasse pas la valeur nominale supportable par la diode, cette valeur est généralement donnée par le constructeur.

La tension entre les bornes A,K de la diode est de l'ordre de quelques volts (proche de la tension seuil de la diode). Cette valeur est généralement très petite devant les autres rencontrées dans le circuit.

Loin des faibles valeurs du courant, la caractéristique se confond avec son asymptote et on prend : V_{d}=V_{seuil}+r_d i
avec : r_d la résistance dynamique apparente de la diode ( de l'ordre de momegamaj) .

Electronique de puissance : la diode : image 4


La tension est donc presque toujours négligeable et on la considère comme nulle dans la plupart des applications !

Electronique de puissance : la diode : image 1


III-Etat bloqué :



Dans ce cas, la diode est traversée par un courant inverse (de K vers A) dit de fuite, de l'ordre de quelques \mu A qu'on néglige souvent devant les autres courants du circuit .

La tension entre les bornes de la diode est imposée par le reste du circuit. Dans ce cas, il faut veiller à ne pas dépasser une valeur dite valeur de tension inverse maximale pour éviter le phénomène d'avalanche (qui est un phénomène irréversible et qui cause la destruction de la jonction).
Electronique de puissance : la diode : image 2


En prenant en considération les valeurs négligées, on obtient la caractéristique en inverse parfaite suivante :

Electronique de puissance : la diode : image 3


IV- Caractéristique complète et caractéristique parfaite complète




Electronique de puissance : la diode : image 6


Rappelons que nous allons utiliser la caractéristique parfaite de la diode en électronique de puissance pour simplifier nos études de conversions électroniques.

V- Résumé utile :



La diode se comporte comme un interrupteur automatique dont les contacts :
se ferment dès que l'anode A devient légèrement positive par rapport à la cathode : c'est l'état passant
et dans ce cas la courant passe de l'anode vers la cathode.
s'ouvrent dès que le courant qu'elle porte devient nul : c'est l'état bloqué



VI- Propriétés des diodes : fonction Max (plus positif) et Min (plus négatif)



Cette partie est très importante pour la compréhension des convertisseurs de puissance tels les redresseurs .

1- Fonction Max (plus positif)

Le montage ci-dessous présente un système de tensions alimentant une source de courant à travers n diodes montées en cathode commun (voir figure) :

Electronique de puissance : la diode : image 7


On a à chaque instant :
V_k=V_{dk}+V_m
i_m=i_1+i_2+\cdots + i_n=\sum_{k=1}^{n} i_k

La continuité de la source de courant impose :
\fbox{ Il faut qu'au moins une des diodes soit passante}

De plus, si on suppose 2 diodes passantes (par exemple D_1 et D_2 ), il apparaît alors un court-circuit entre les anodes (liaison directe entre deux phases) de ces deux diodes,en fonction du sens de ce courant lié à V_1-V_2, le courant dans l'une des diodes s'annule entrainant le bloquage de celle-ci, la seule diode qui reste passante est celle qui à le potentiel sur son anode le plus grand .

En généralisant à n diodes, la diode qui à son potentiel sur A le plus grand parmi tous est celle qui conduit donc à :
\fbox { V_m= Max(V_k)}

2- Fonction Min (plus négatif)
En raisonnant de la même façon que précédemment, sur un montage qui présente un système de tensions alimentant une source de courant à travers n diodes, mais montées cette fois ci en anode commun (changer le sens de toutes les diodes)

On obtient : \fbox { V_m= Min(V_k)}

Merci à gts2 et vanoise pour les compléments apportés à cette fiche.
Publié le
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