Technique - Le cours

Préparation à la licence radioamateur

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Les Diodes

 

• Après les composants passifs (obéissant à la loi d’Ohm généralisée), nous commençons à étudier les composants actifs (permettant d’augmenter la puissance d’un signal ou d’en modifier la forme).

• Le premier de ces composants est la diode jonction.

- la diode modifie la forme d’un signal sans en augmenter la puissance

- sa structure interne sert de base au transistor

- présentation du composant

 

diodes 01

 

• Les diodes sont formées de deux cristaux semiconducteurs en Silicium (Si) ou en Germanium (Ge) accolés et dopés par des impuretés de type P ou N.

• Le courant électrique circule uniquement dans le sens P > N.diodes schema

 

- La diode est passante si :

> l'anode est reliée au +
> et la cathode est reliée au -

 

diodes 02 

- En sens inverse, la résistance de la diode est très importante

 

- La cathode de la diode est repérée au "K" du dessin et par une bague de couleur sur le composant.

 

- Le boîtier métallique des diodes de puissance (qui peut être vissé sur un radiateur) est relié à la cathode.

 

 

 

  

• Structure interne d’un semi-conducteursi ge 01

- Silicium (Si) et Germanium (Ge)
> couche externe et liaison covalente

- Impuretés de type N (excès d’électrons, 5 électrons de valence)
> antimoine (Sb)
> arsenic (As)
> phosphore (P)

 

si ge 02

 

- Impuretés de type P (déficit d’électrons sur la couche externe, 3 électrons).

 

> gallium (Ga)

 

> bore (B).

 

 

 - Déplacements
> des électrons libres
> des trous

 

si ga as

 

 

 

• Le comportement d’une jonction PN

- au repos (VPN = 0)
> barrière de potentiel
> les électrons présents dans N bouchent les trous présents dans P

jonction pn 01

 

- sens inverse (VPN > 0)
> N relié au +
> P relié au -

jonction pn 02

 

- sens passant (VPN < 0)
> tension de seuil
> recombinaison

jonction pn 03

 

 

Courbes et caractéristiques de fonctionnement des diodes 

 

• Pour mieux comprendre les différentes applications des diodes, il faut analyser la courbe d’intensité (Id) en fonction de la tension appliquée à leurs bornes (Ud). On remarque 3 zones :

 

courbe intensite

 

- zone redressement

> tension de seuil
>> Germanium = 0,3V
>> Silicium = 0,65 V

> pente au delà du seuill

 

- zone Varicap
> sens inverse
> la barrière de potentiel sert de diélectrique
> plus la tension inverse est importante, plus la capacité est faible

 

- zone Zener
> tension Zener (ou tension de claquage, d’avalanche ou disruptive)
> avalanche, effet réversible dans le cas des diodes Zener ou destruction pour les autres diodes.
 

 

montages des diodes 

• Redressement mono-alternance

- une diode

- une seule alternance redressée

- la seconde alternance est bloquée

red mono alternance

 

 

• Redressement double alternance avec transformateur à point milieu

- transformateur plus volumineux

- et plus coûteux

- le condensateur de filtrage a une valeur plus faible

- chaque alternance passe par une diode, la seconde diode bloque le passage du courant

 

red double alternance

 

 

• Redressement double alternance avec pont de diode

- chute de tension de 2 diodes (environ 2 V)

- attention au sens des diodes : elles sont toutes dirigées vers le condensateur de filtrage

- Pendant une alternance,
> les diodes des coins opposés fonctionnent en même temps
> tandis que les deux autres diodes sont bloquées
> lors de la seconde alternance, les rôles s’inversent et le courant circule dans l’autre sens dans le secondaire du transformateur

 

red double alternance pont de diodes

 

 

• Circuit bouchon commandé par une Varicap : la diode Varicap se reconnait à son double trait (condensateur)

- diode montée en sens inverse

- utilisation d’un condensateur d’isolement (Ci) pour séparer la tension de commande de la Varicap

commande varicap

 

 

- astuce : une diode Zener (plus courante) possède aussi un effet "Varicap"

 

- pour augmenter la fréquence, il faut diminuer la valeur du condensateur et donc augmenter la tension de commande du circuit.

 

 • Stabilisation par diode Zener

diodes zener 01

- se reconnaît par son Z

 

- est montée en sens invers

 

- la résistance Rz limite le courant d’avalanche dans la diode Zener

 

diodes zener 02

 

 

clarence zener

-Clarence Melvin Zener est né le 1er décembre 1905 à Indianapolis et décédé le 15 juillet 1993 à Pittsburgh. C'est un physicien américain. Il fut le premier à décrire le phénomène de claquage des isolants électriques.

 

Cette découverte fut plus tard mise à profit par les Laboratoires Bell pour mettre au point la "diode Zener".

 

Ses vastes connaissances mathématiques permirent à Zener d'aborder de multiples facettes de la physique, allant de la supraconductivité à la métallurgie en passant par le ferromagnétisme, l’élasticité, la mécanique de la rupture, la diffusion. Il développa enfin des méthodes d'optimisation de forme.

 

• Les autres diodes et leurs fonctions :

- Les LED (diodes émettrices de lumière)

> La couleur émise et la tension de seuil dépendent du semi-conducteur utilisé :
>> infra-rouge = 1,5 V - arséniure de gallium-aluminium (AlGaAs)
>> rouge = 2 V - AlGaAs
>> vert = 3 V - nitrure de gallium (GaN)
>> bleu = 3,3 V - carbure de silicium (SiC)

> Une résistance limite l’intensité à environ 20 mA

 

led

 

diodes pin

- utilisation d’une diode jonction en commutation (en remplacement d’un relais)

> les diodes PIN (Positif, Isolant, Négatif) sont adaptées pour fonctionner dans les commutateurs HF à la place des diodes jonction classiques.

 

 

diodes schottky

 > les diodes Schottky : fabriquées à partir d’une liaison entre un semi-conducteur et un métal (comme un détecteur à galène). Leur commutation est très rapide, la tension de seuil est faible (0,25 V) mais la tension inverse est limitée et le courant inverse est plus élevé.

 

walter schottky

-Walter Hans Schottky est né le 23 juillet 1886 à Zurich et mort 4 mars 1976 à Forchheim. c'est un physicien et électrotechnicien allemand qui est l'un des pères de la physique des semi-conducteurs et de l'électronique.

 Il soutint sa thèse d’habilitation, consacrée à la "thermodynamique des gaz raréfiés (thermo ionisation et thermo-émission lumineuse)" en 1920 à l’université de Wurtzbourg.

 De 1923 à 1927, Schottky fut professeur de physique théorique à l’université de Rostock, puis il prit la direction du centre de recherche de la société Siemens & Halske à Berlin. C'est là qu'il jeta les bases de la physique des semi-conducteurs et de l’électronique.

 

diodes gunn

 

- les diodes Gunn : utilisation en hyperfréquences (dans les cavités résonantes)

 

> la diode Gunn n'est presque plus utilisée de nos jours.


> l'instabilité en fréquence des cavités résonantes à diode Gunn ainsi que son bruit de phase élevé en sont les causes principales.

 

 

 

 

Alimentation 

• Les diodes au silicium font chuter la tension d’un peu plus de 0,7 volt à chaque passage (jusqu’à 1 volt), soit près de 2 volts en tout pour un redressement par pont de diodes.

- dans les questions d’examen, la chute de tension des diodes est souvent négligée, attention au piège

- le condensateur de filtrage maintient la valeur de la tension de sortie à sa valeur de crête.

 

tableau alimentation

 

• Après le condensateur de filtrage (de type chimique), on trouve un étage :

 

• de stabilisation

schema stabilisation

 

 

• et / ou de régulation

>la tension de référence est générée par un étage stabilisateur

schema regulation

 

 

• La charge est l’ensemble des équipements branchés sur l’alimentation

logos F4HTZ Passion Radio

 

Cours de préparation à la licence radioamateur - Technique - n°14 / F4KLH / 13-11-2020