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Résumé du cours d’électronique de l’année académique 2002-2003 à l’HELHO sur base du livre « Principes d’électronique » d’Albert Paul Malvino.

Electronique : Résumé du cours à l’HELHO.

Attention :

Pierre Liétar, Jérôme Caulier et Aurélien Mathieu /30 Créé le 17/11/2002 14:03

Ce résumé ne supplante en rien les notes de cours et le livre de référence, mais est une aide à l’étude basée sur le cours. Des erreurs possibles se sont peut-être insérées dans ce résumé. Merci de nous en faire part si tel est le cas à l’adresse [email protected].

mailto:[email protected]


Résumé d’électronique

Chapitre I : Introduction.

1. Généralités. Définition : formule imaginée pour un nouveau concept. Loi : formule exprimant un lien naturel. Relation : formule produite par les mathématiques.

2. Approximations. Le cas idéal (première approximation), la deuxième approximation, la troisième approximation et la réponse exacte sont les différents niveaux d’approximation.

a) Le cas idéal. C’est l’approximation du premier ordre, quand le circuit équivaut au plus simple montage qu’on puisse faire. Elle sert à résoudre des cas théoriques ou pratiques lorsqu’on a pas besoin d’une bonne précision de réponse.

b) Les autres cas. Lorsqu’on a besoin d’une meilleure précision, on utilise des approximations de plus en plus fines jusqu’à atteindre la réponse exacte souvent en dépit de la facilité de résolution.

c) Conclusion. En fonction de ce qu’on veut faire, on utilisera un niveau d’approximation différent. Généralement dans les cas pratiques, on utilise la première approximation, qui suffit largement à résoudre les problèmes de dépannage. Pour les calculs plus précis, on doit employer l’informatique et des logiciels comme Electronic Workbench.

3. Sources de tension.

a) Cas idéal. Tension de sortie constante. Résistance interne nulle.



Deuxième approximation La source ce tension idéale n’est qu’un composant théorique et n’existe pas en pratique. Dans cette 2ème approximation on tient compte de la résistance de charge.

b) Source de tension constante. On part du principe qu’on peut négliger la résistance interne quand elle est 100 fois plus petite que la résistance de charge. => LS RR 01,0< . Toute source qui satisfait à cette condition et dite source de tension constante.

SL RR 100(min)=⇒ .

4. Sources de courant. Une source de courant DC fournit le même courant continu pour différentes valeurs de la charge.

LS

SL RRVI +=



Simulation d’une source de courant avec source de tension continue et une grande résistance. Le courant de sortie est constant pour de faibles résistances de charge.

a) Source de courant constant. Toute source qui vérifie LS RR 100> est une source de courant constant.

SL RR 01,0(max)=⇒ .

Symboles graphiques pour la source de courant : Première approximation :

Deuxième approximation :

Quantité Source de tension Source de courant RS Typiquement faible Typiquement grande RL > 100 . RS < 100 . RS VL Constante Dépend de RL IL Dépend de RL Constant



5. Théorèmes de Thévenin et Norton.

a) Définitions : tension et résistance de Thévenin et Norton. La tension de Thévenin est la tension quand on ouvre le circuit (tension circuit ouvert).

COTH VV = . La résistance de Thévenin, c’est la résistance par un ohmmètre branché sur la sortie quand toutes les sources sont annulées et la résistance de charge enlevée : COTH RR = . Annuler une source de tension, c’est la remplacer par un court-circuit. Annuler une source de courant, c’est la remplacer par un circuit ouvert. Le courant de Norton, c’est le courant de sortie quand la charge est court-circuitée. CCN II = . La résistance de Norton, c’est la résistance par un ohmmètre branché sur la sortie quand toutes les sources sont annulées et la résistance de charge enlevée : CON RR = ⇒ THN RR = .

Thévenin :

Norton :

b) Comparaison des méthodes entre Thévenin et Norton. Processus Thévenin Norton

Etape 1 Ouvrir la résistance de charge Court-circuiter la résistance de charge. Etape 2 Calculer ou mesurer la tension du circuit

ouvert. C’est la tension de Thévenin. Calculer ou mesurer le courant de court-circuit. C’est le courant de Norton

Etape 3 Court-circuiter les sources de tension et ouvrir les sources de courant.

Court-circuiter les sources de tension et ouvrir les sources de courant et ouvrir la résistance de charge.

Etape 4 Calculer ou mesurer la résistance du circuit ouvert, c’est la résistance de Thévenin.

Calculer ou mesurer la résistance du circuit ouvert, c’est la résistance de Norton.

Deux relations importantes : TH

THN RVI = et V NNTH RI .= .



6. Dépannage.

a) Circuit ouvert. • Le courant qui traverse un circuit est toujours nul. • La tension aux bornes d’un circuit ouvert est indéterminée car

( )( )∞== .0.RIV .

b) Court-circuit. • La tension aux bornes d’un court-circuit est toujours nulle.

• Le courant qui traverse un court-circuit est indéterminée car 00==R

VI

(mathématiquement indéterminé).



Chapitre 2 : les semi-conducteurs.

1. Les conducteurs. Ils sont repérable par le fait qu’ils ont un électron sur leur dernière couche périphérique. Cet électron est loin du noyau et ressent une faible attraction. Il est donc moins attaché à son noyau. En effet, lorsqu’une autre force arrache l’électron, celui-ci devient libre et la tension passe avec celui-ci. C’est ce qui caractérise les bons conducteurs.

2. Les semi-conducteurs. Les bons conducteurs ont 1 électron valenciel, les isolants en ont 8 et les semi-conducteurs en ont 4 et sont à demi-chemin entre conducteurs et isolants. Le germanium a longtemps été considéré comme le seul matériau utilisable pour les composants. Inconvénient : son courant inverse est trop important. L’élément le plus abondant sur terre après l’oxygène est le silicium. Il supplante le germanium et introduit l’électronique moderne.

3. Le cristal de silicium. Quand les atomes de silicium se rangent dans un ordre bien déterminé, on leur donne le nom de cristal. Chaque atome partage ses électrons périphériques avec les 4 atomes voisins (liaison covalente car chacun profite de la même façon de la liaison et des électrons partagés).

Grâce à ces liaisons covalentes, chaque atome de silicium a momentanément 8 électrons sur sa couche périphérique, c’est a dire que son orbite est saturée (n=8) et donc qu’elle est électriquement neutre (c’est un isolant pour des températures proches de 25°) puisqu’il ne peut y avoir d’apport ou de retrait d’électrons venant de l’extérieur.

Les trous sont des endroits où un électron a été arraché de son orbite. Avec l’augmentation de la température, les atomes s’entrechoquent et la température s’élève. Un électron peut alors acquérir assez d’énergie que pour changer d’orbite périphérique. On parle du dopage du cristal pour augmenter le nombre de trous et d’électrons libres.

4. Les semi-conducteurs intrinsèques C’est un semi-conducteur pur. C’est le cas du cristal silicium lorsqu’il n’y a que du silicium. Déplacement des électrons : Un électron libre se déplacera d’atome en atome en se rapprochant de l’électrode positive tandis qu’un trou se

déplacera dans le sens opposé (sens ABCDEF).



5. Les 2 types de flux de porteurs Les porteurs sont souvent les électrons libres et les trous (on entend par porteur un porteur de charge).On conçoit le courant dans un semi-conducteur comme la somme des 2 flux, le flux des électrons et le flux des trous.

6. Doper un semi-conducteur (conducteurs extrinsèques) C’est une méthode qui consiste à introduire des impuretés dans le cristal, ce qui permet d’augmenter la conductivité d’un semi-conducteur.

a) Augmenter le nombre d’électrons libres On peut faire fondre le cristal de silicium pur pour en casser les liaisons. Et on y ajoute d’autres substances pentavalentes qui concèdent 1 électron.

b) Augmenter le nombre de trous On fait de la même manière mais on introduit des impuretés trivalentes qui essaient de s’approprier un électron.

7. Les 2 types de semi-conducteurs extrinsèques.

Il existe 2 sortes de semi-conducteurs en fonction d’un excès de trous ou d’électrons libres. Quand le silicium est dopé avec une impureté pentavalente, il y a beaucoup plus d’électrons (porteurs majoritaires) que de trous (porteurs minoritaires). Et on dit le semi-conducteur de type n. A l’inverse, si le silicium est dopé avec une impureté trivalente, il y a plus de trous et le semi-conducteur est de type p.

8. La diode non polarisée

Lorsqu’on accole un semi-conducteur p et un semi-conducteur n, il apparaît une jonction pn qui est à l’origine des diodes, transistors,… C’est le cristal pn ou diode.

a) La zone désertée. Il y a répulsion entre les électrons de la zone n qui ont tendance à se diffuser dans toutes les directions. Certains traversent la jonction pn et vont faire une paire d’ions qui sera une zone désertée car les dipôles formés proviennent de la

disparition d’un trou et d’un électron et ne permettent plus le passage d’autres ions.



b) Barrière de potentiel Un champ électrique dû aux charges est créé. À cause de lui, si un électron veut passer dans la région p, il est automatiquement rejeté dans la région n. Donc, en première approximation, la barrière de potentiel est une différence de potentiel qui équivaut à 0.7[V] pour le silicium.

9. La polarisation directe. (la région p est à la borne positive du générateur) Le courant traverse facilement une diode polarisée en direct aussi longtemps que la tension est supérieure à la barrière de potentiel de 0.7[V]. Les électrons ont assez d’énergie que pour passer la zone désertée.

10. La polarisation inverse. C’est le cas contraire. La zone désertée s’agrandit. Porteurs minoritaires et courant de fuite en surface. Le courant passant est très faible. Il est souvent ignoré.

11. Le claquage. La tension de claquage d’une diode est la tension maximale inverse qu’on peut lui appliquer. Si la tension de claquage est atteinte, un grand nombre de porteurs prioritaires apparaissent dans la zone désertée et la diode conduit fortement. C’est un phénomène en avalanche. La tension de claquage d’une diode dépend de son dopage.

12. Barrière de potentiel et température. La barrière de potentiel d’une diode au silicium décroît de 2[mV] pour une augmentation de 1° Celsius. Donc : ][2 C

mVTV

°−=∆∆ et donc : TC

mVV ∆°−=∆ ].[2



Chapitre 3 : Théorie de la diode.

1. Concepts fondamentaux. La diode est un composant non linéaire qui donne une tension faible si la barrière de potentiel n’est pas dépassée mais qui augmente très fortement dès qu’on la dépasse.

a) Symbole graphique

La partie p s’appelle l’anode et la partie n la cathode.

b) Le circuit élémentaire de la diode.

Ce schéma illustre la polarisation directe de la diode. C’est le circuit de Thévenin qui détermine la polarisation de la diode en fonction des trous et des électrons libres qui sont poussés ou non vers la jonction pn.

c) Région passante. La diode est dite dans le sens passant lorsqu’elle est polarisée en direct. Dans l’autre cas, elle est en sens bloquant.

d) La tension de seuil C’est la tension à partir de laquelle le courant augmente brusquement. Elle correspond à la barrière de potentiel. Elle vaut plus ou mois 0.7[V] pour une diode en silicium.

e) Résistance en série Au-delà de la tension de seuil, le courant est limité par la résistance ohmique des régions p et n.

npsérie RRR += La résistance série (souvent < 1Ω) dépend de la taille et du dopage des différentes régions.

f) Le courant continu direct maximal. La diode peut être détruite au delà d’un certain courant trop important. C’est pourquoi les constructeurs indiquent une limite de bon fonctionnement de la diode sans altération.



g) La dissipation de la puissance. DDD IVP .= C’est le produit de la tension à ses bornes par le courant qui traverse la diode.

Ainsi, on définit la puissance maximale comme maxmaxmax .IVP = .

2. La diode idéale. Caractéristique de la diode idéale.

La diode idéale se comporte comme un interrupteur.

3. Deuxième approximation.

On a pas de courant pour les tensions inférieures à 0,7[V]. A cette valeur, la diode conduit et la tension reste constante quelle que soit le courant qui la traverse.

4. Troisième approximation.

sérieDD RIVV ..7,0 += et THsérie RR .01,0< . Cette approximation s’utilise rarement.

5. Dépannage. La mesure à l’ohmmètre étant difficile sur la gamme des grandes résistances, on mesure la résistance en continu dans un sens et dans l’autre. Le rapport peut être de 1000/1. => utilisation de grandes résistances.

6. Calcul d’une résistance en série. Formule :

12

12

IIVVRsérie −

−=

7. La droite de charge. C’est une méthode pour obtenir la valeur exacte du courant et de la tension d’une diode. Equation :

S

DSD RVVI −=

Exemple de résolution, voir livre page 81.



Graphique :

On peut ainsi obtenir les tensions ou les courants en fonction des points qu’on a et de ceux qu’on doit trouver. On remarque le point de fonctionnement statique (Q) qui est le point de repos du circuit.



Chapitre 4 : les circuits à diodes.

1. Le redresseur simple alternance. La figure ci-dessous illustre un redresseur simple alternance. La source AC délivre une tension alternative. La diode, permet de garder juste une des deux alternances (positive en l’occurrence). Quand le courant traverse la diode en sens passant, elle agit comme un interrupteur fermé (2ème graphe), si au contraire le courant arrive dans l’autre sens, la diode est polarisée en inverse et agit comme un interrupteur ouvert (figure3).

a) Signal idéal. Une tension AC, sera toujours sous la forme d’un sinus dont la valeur moyenne est de 0. Pendant la demi-période positive, la diode est conductrice. De ce fait, le circuit élimine les demi-cycles négatifs comme on peut le voir ci-dessous..

On appelle cette forme de signal : Signal simple alternance. En électronique, on ne recherche pas un signal simple alternance, mais une tension DC. Il faudra donc filtrer ce signal simple alternance.

Dans le cas idéal : )()( inPoutP VV =

b) Valeur moyenne de la tension simple alternance. π

PDCP VV =)(

c) Fréquence de sortie. )()( inout ff =

d) Deuxième approximation. On n’obtient jamais un signal simple alternance parfait sur la résistance de charge, car la diode est bloquée tant que le signal entrant est inférieur a 0.7V. Pour avoir une meilleur précision, on utilise la relation suivante :

][7,0)()( VVV inPoutP −=



2. Le transformateur. Les compagnies d’électricité en Europe fournissent une tension nominale de 230 V/ 50 Hz. Cette tension est trop haute pour la plupart des circuits des équipements électroniques. C’est pourquoi nous allons avoir besoin d’un transformateur pour amener la tension à un niveau plus bas pour ces circuits.

a) Concept fondamental. Ci-dessous, un schéma d’un transformateur. Si le nombre de spire du primaire est plus grand que celui du secondaire, la tension sera abaissée dans le secondaire.

b) Rapports de transformation. Plus tôt, nous avons vu que :

21

12 NNVV =

Cela signifie donc que la tension au secondaire est égale à la tension au primaire divisée par le rapport de transformation.

3. Le redresseur double alternance.

Le schéma ci-dessus illustre un redresseur double alternance. En conséquence des deux diodes, on aura une double alternance positive contrairement au redresseur simple alternance, comme nous pouvons le voir sur le schéma ci-dessous.

a) Valeur moyenne de la tension ou valeur DC. Le signal double alternance ayant deux fois plus de cycles positifs que le signal simple alternance, sa valeur moyenne est doublée. VDC = 2Vp / π

πPDC VV .2=



b) Fréquence de sortie. Dans le redressement simple alternance, la fréquence de sortie est égale à celle d’entrée. Dans le redressement double alternance, il se passe quelque chose d’inhabituel.

][20][5011 msHzfT in ===

A cause des alternances doublées, la période du signal redressé est égale à la moitié de la période du signal d’entrée.

][10][20.5,0)( msmsT out == Et donc on obtient :

][100][101)( HZmsf out ==

On peut donc voir que dans le cas d’un signal double alternance, la fréquence de sortie vaut deux fois la fréquence entrante.

c) Deuxième approximation. On peut utiliser la deuxième approximation du signal simple alternance car le signal double alternance se comporte comme un double signal simple alternance. Le principe sera donc d’enlever 0.7 V à la tension du signal de sortie idéal.

4. Le redresseur en pont. La figure suivante représente un redresseur en pont et ses équivalents suivant le sens du courant. Il ressemble fortement au redresseur double alternance car il donne une tension de sortie redressée double alternance.

Comme nous pouvons le voir sur la figure suivante, durant le cycle complet, la tension sur la charge présente la même polarité et le courant de sortie dans le même sens. Le circuit transforme la tension AC d’entrée en une tension DC à la sortie.



L’avantage de ce type de redressement par rapport au redressement double alternance, c’est qu’il ne nécessite pas de prise médiane, et de part ce fait, toute la tension au secondaire est utilisée.

a) Valeur moyenne de la tension ou valeur DC. Le redressement en pont, donne la même tension de sortie et la même fréquence de sortie que le redresseur double alternance ; c’est-à-dire :

πPDC V.2=V et (f )() .2 inout f=

b) Deuxième approximation. Puisque le redresseur en pont présente deux diodes dans le sens passant, la tension de crête de sortie est la suivante : ][14,1)()( VVV inPoutP −=

5. Le filtre LC à inductance en tête.

a) Concept fondamental. Ci dessous, nous pouvons voir un filtre LC à inductance en tête. L’amplitude de la source AC dépend de la réactance selfique, de la réactance capacitive et de la résistance. La bobine présente une réactance : LfX L ...2 π= Le condensateur à une réactance donnée par :

LfX c ...21 π=

La bobine à comme effet premier de s’opposer aux variations de courant. Idéalement, le filtre LC réduit à zéro les fluctuations de la tension AC sur la charge. En deuxième approximation, il réduit le courant AC dans la charge à une très faible valeur.

La tension de sortie AC vaut :

)()( inL

Cout VXXV =

Filtrage à la sortie d’un redresseur. La figure suivante représente un filtrage à la sortie d’un redresseur. Le redresseur peut être de n’importe quel type.

Sur le graphique suivant, on peut voir que le signal de sortie a deux composantes différentes. : une tension continue (valeur moyenne) et une tension alternative. Chacune des ces tension agit comme une source indépendante. Si XL est nettement plus grand que Xc, la tension alternative dans la charge est très faible.



6. Le filtre à condensateur en tête.

a) Concept fondamental. Durant le premier quart du cycle de la sinusoïde, le condensateur se charge. Une fois arrivé à Vp, le condensateur se décharge pour pouvoir garder une tension continue égale a Vp. Le seul problème de ce montage, c’est qu’il n’y a pas de résistance de charge.

b) Effet de la résistance de charge. Pour que le filtre à condensateur en tête soit utile, il doit être relié à une résistance. Tant que la constante de temps RLC est nettement plus grande que la période, le condensateur reste largement chargé et la tension est proche de Vp. Entre les crêtes, la diode est bloquée et le condensateur se décharge à travers la résistance de charge, autrement dit, le condensateur fournit la tension de sortie. La décharge entre les crêtes étant faible, l’amplitude crête à crête est très faible. (graphe ci dessous) GRAPHE 4.13 ( c ) PAGE 109

c) Filtrage d’un redresseur double alternance. L’amplitude d’ondulation est divisée par deux.

d) Formule de l’ondulation résiduelle.

CfI.Vr=

7. Tension inverse de crête et courant de surcharge. La tension inverse de crête (TIC) est la tension maximale sur une diode bloquée dans un redresseur. La TIC dépend du redresseur et du filtre, le cas le plus défavorable intervient pour le filtre à condensateur.

a) Redresseur simple alternance avec filtre à condensateur. TIC = 2Vp

b) Redresseur double alternance avec filtre à condensateur. TIC = Vp

c) Redresseur en pont avec filtre à condensateur. TIC = Vp



d) Résistance de surcharge. Comme le condensateur est déchargé à l’instant initial, il agit comme un court circuit. De par ce fait, durant un cours laps de temps, le courant peut être très grand car seules les résistances en série des diodes peuvent le limiter. Cet afflux initial est appelé Courant De Surcharge.

8. Ecrêteurs et limiteurs.

a) Diodes petit signal. Les diodes « petit signal » sont réalisées de telle façon à pouvoir supporter 0.5 W et pouvoir fonctionner sous de hautes fréquences.

b) L’écrêteur positif. Un écrêteur est un dispositif qui enlève soit la partie positive, soit la partie négative d’un signal.

Pendant l’alternance positive, la diode conduit et se comporte comme un court circuit sur la sortie Durant l’alternance négative, la diode est bloquée, et apparaît alors une demi-période négative.

c) Conditions limites. Ecrêteurs constants : 100Rsérie < Rs < 0.01 RL

d) L’écrêteur négatif.

Même principe que l’écrêteur positif mais en laissant une demi période positive.

e) Le limiteur ou diode CLAMP. Avec un tel circuit, quelque soit Vin, Vout, oscillera tout le temps entre 0.7 V et –0.7 V.

f) Ecrêteurs polarisés. En ajoutant une source de tension continue en série avec la diode, on change le niveau d’écrêtage.



g) Association d’écrêteurs polarisés. Deux écrêteurs polarisés peuvent être associés selon le schéma suivant. La première diode élimine les valeurs positives, tandis que la seconde élimine les valeurs négatives. Quand le signal d’entrée est trop important, le signal de sortie est un signal carré.

h) Extensions. Pour polariser un limiteur, on peut utiliser un diviseur de tension. (R1 et R2) pour positionner le niveau de la polarisation. Il est donné par :

DCpol VRRRV .

212

+=

9. Circuits de régénération de niveau DC.

a) Le circuit de régénération positive. A la sinusoïde d’entrée, on ajoute une tension positive, grâce au circuit de régénération positive. Vu autrement, il décale la sinusoïde vers le haut. Régénérateur constant : RLC > 100T

Durant le premier quart de cycle, la diode conduit, et le condensateur se charge. Quand la diode est bloquée, le condensateur se décharge pour fournir une tension DC. La sinusoïde sera totalement positive grâce à ce circuit.

b) Le circuit de régénération négative. Si on inverse la diode dans le circuit de régénération positive, on obtient le circuit de régénération négative. La sinusoïde sera totalement négative de par ce fait.



10. Multiplicateurs de tension.

a) Doubleur de tension.

b) Tripleur de tension.

c) Quadrupleur de tension.



Chapitre 5 : Diodes particulières.

1. La diode Zener. Les diodes « petit signal » et les diodes de redressement ne fonctionnent jamais, volontairement, dans la zone de claquage car c’est dangereux pour elles. La diode Zener est une diode au silicium conçue pour travailler dans la zone de claquage.

a) Caractéristiques I(v).

Symbole :

Dans la région direct, la conduction commence à partir de 0.7 V. Au seuil de la tension de claquage, elle présente un coude de tension inverse très net.

b) Résistance Zener. Dans la troisième approximation de la diode, la tension directe est égale à la somme de la tension de seuil et de la tension aux bornes de la résistance série. De même dans la région de claquage, la tension inverse de la diode est égale à la somme de la tension de claquage et de la tension aux bornes de la résistance série. En inverse, la résistance série est appelée résistance Zener. Elle est égale à l’inverse de la pente de la caractéristique dans la région de claquage.

c) Régulateurs Zener. La diode Zener est parfois appelée diode régulatrice de tension, car elle maintient à ses bornes une tension presque constante en dépit des variations du courant qui la traverse. Le premier schéma montre qu’en fonctionnement normal, la diode Zener est polarisée en inverse. Le troisième schéma montre ce qu’on appelle un régulateur Zener.

d) Loi d’Ohm.

S

zSS RVVI −=

e) La diode Zener idéale. Une diode Zener idéale agit comme une source de tension. Dans un circuit, on peut remplacer une diode Zener par une source de tension VZ



2. Le régulateur Zener chargé.

a) Fonctionnement au claquage. S

LSLTH VRR

RV .+=

b) Courant série.

S

zSS RVVI −=

c) Courant dans la charge. VL = VZ

Et donc par la loi d’Ohm : L

LL RVI =

d) Courant Zener. Avec la loi de Kirchhoff : IS = IZ + IL

e) Effet Zener. Quand la diode est fortement dopée, la zone désertée devient très étroite. Par conséquent, le champs électrique qui y règne est très intense. Si son amplitude atteint un certain seuil, il est capable d’arracher des électrons de valence de leur orbite. L’apparition de porteurs par cette méthode est appelée effet Zener.

f) Coefficients de température. Quand la température ambiante évolue, la tension Zener change légèrement.



3. La diode Zener en deuxième approximation.

a) Effet de la tension sur la charge. En deuxième approximation, il faut tenir compte de la résistance Zener (figure ci-dessous).

Comme le courant Zener traverse la résistance Zener, la tension de sortie est : VL = VZ + IZRZ L’écart de la tension de sortie par rapport au cas idéal est : ∆VL = IZRZ

b) Effet sur l’ondulation. Pour l’ondulation, on peut utiliser le circuit précédent, elle concerne les trois résistances. On peut même simplifier plus encore. Dans les réalisations courants, RZ est nettement plus petite que RL. De ce fait, seule RS et RZ agissent sur l’ondulation.

)()( . inRZS

ZoutR VRRRV +=

4. Limites de régulation.

a) Conditions les plus défavorables.

)((min)

(max) .1 inLZ

SS RV

VR

−= ou aussi sous la forme :

−=

(max)

(min)(max)

L

zSS I

VVR

Ces deux relations sont très pratiques pour prévoir quand un circuit de régulation Zener va cesser d’être efficace.

5. Composants optoélectriques. L’optoélectronique est la technologie qui allie l’optique et l’électronique. Ce domaine comprend de nombreux composants tels les LED (ou DEL), photodiodes et optocoupleurs.

a) La diode électroluminescente.

Symbole : Dans une diode normale, l’énergie est dissipée sous forme de chaleur, et dans une LED, elle est transformée en radiation lumineuse. Elles ont remplacées les ampoules incandescente dans bien des applications grâce à leur faible tension d’alimentation, leur durée de vie importante et leur rapidité de commutation ON-OFF.



b) Tension et courant d’un DEL.

Rs protège la DEL contre des courants supérieurs à son courant maximal admissible.

S

DSS RVVI −=

c) Luminosité des DEL. La luminosité d’une DEL dépend du courant qui la traverse. Si VS est nettement plus grand que VD, la luminosité est relativement constante.

d) Tension de claquage. Les DEL présentent une très faible tension de claquage, généralement entre 3 et 5 V. Elles sont donc très facilement détruites en polarisation inverse par une tension trop grande.

e) L’afficheur sept segments. Un afficheur sept segment est un circuit contenant 7 LED rectangulaires (de A à D) appelées segments. On peut allumer n’importe quelle(s) DEL en les reliant a la masse

f) La photodiode. Une photodiode est en quelque sorte l’inverse d’une LED, car elle produit un courant en captant la lumière. Plus elle est intense, plus le courant l’est.

g) L’optocoupleur. Un optocoupleur, appelé aussi optoisolateur, associe une DEL et une photodiode dans le même boîtier. La DEL est à l’entrée et la photodiode à la sortie. La source de tension de gaucher et la résistance associée établissent un courant dans la DEL.

Quand la tension d’entrée varie, la quantité de lumière émise varie et la tension de sortie évolue comme la tension d’entrée. C’est pour ça qu’on appelle cela un optocoupleur, elle relie un signal d’entrée à un signal de sortie.



h) La diode laser. Dans une DEL, le rayonnement qui en résulte est incohérent car les ondes lumineuses obtenues ont une phase comprise entre 0° et 360°. Une diode laser est différente, elle produit une lumière cohérente. Cela veut dire que les ondes lumineuses sont en phases les unes avec les autres.

6. Diode Schottky. Symbole :

Lorsque la fréquence augmente, le fonctionnement des petites diodes de redressement commence à se détériorer. Elles ne sont plus capables de se bloquer assez rapidement. La solution à ce problème est la diode Schottky.

a) Elimination de la charge stockée. La solution au problème est donc la diode Schottky. Cette diode utilise un métal tel l’or, l’argent ou le platine d’un côté et du silicium dopé de l’autre côté. Grâce à la présence de métal, il n’y a pas de zone désertée et de par ce fait, il n’y a pas de charge stockée à la jonction. La barrière de Schottky est de l’ordre de 0.25 V.

b) Commutation rapide. L’absence de charge stockée signifie que la diode Schottky peut commuter beaucoup plus rapidement qu’une diode ordinaire. En fait, elle peut fonctionner a des fréquences supérieures à 300 MHz.

7. Autres diodes particulières.

a) Varistors. Le varistor est utilisé pour contrer les surtensions ou baisse de tension du circuit électrique.



Chapitre I : Introduction........................................................................................................... 3

1. Généralités. ................................................................................................................... 3

2. Approximations. ........................................................................................................... 3 a) Le cas idéal................................................................................................................. 3 b) Les autres cas. ............................................................................................................ 3 c) Conclusion.................................................................................................................. 3

3. Sources de tension. ....................................................................................................... 3 a) Cas idéal. .................................................................................................................... 3 b) Source de tension constante. ...................................................................................... 4

4. Sources de courant. ...................................................................................................... 4 a) Source de courant constant......................................................................................... 5

5. Théorèmes de Thévenin et Norton.............................................................................. 6 a) Définitions : tension et résistance de Thévenin et Norton. ........................................ 6 b) Comparaison des méthodes entre Thévenin et Norton............................................... 6

6. Dépannage..................................................................................................................... 7 a) Circuit ouvert.............................................................................................................. 7 b) Court-circuit. .............................................................................................................. 7

Chapitre 2 : les semi-conducteurs............................................................................................. 8

1. Les conducteurs. ........................................................................................................... 8

2. Les semi-conducteurs. .................................................................................................. 8

3. Le cristal de silicium. ................................................................................................... 8

4. Les semi-conducteurs intrinsèques ............................................................................. 8

5. Les 2 types de flux de porteurs.................................................................................... 9

6. Doper un semi-conducteur (conducteurs extrinsèques) ........................................... 9 a) Augmenter le nombre d’électrons libres .................................................................... 9 b) Augmenter le nombre de trous ................................................................................... 9

7. Les 2 types de semi-conducteurs extrinsèques........................................................... 9

8. La diode non polarisée ................................................................................................. 9 a) La zone désertée. ........................................................................................................ 9 b) Barrière de potentiel ................................................................................................. 10

9. La polarisation directe. .............................................................................................. 10

10. La polarisation inverse........................................................................................... 10

11. Le claquage. ............................................................................................................ 10

12. Barrière de potentiel et température. ................................................................... 10

Chapitre 3 : Théorie de la diode. ............................................................................................ 11

1. Concepts fondamentaux. ........................................................................................... 11 a) Symbole graphique................................................................................................... 11 b) Le circuit élémentaire de la diode. ........................................................................... 11 c) Région passante........................................................................................................ 11 d) La tension de seuil.................................................................................................... 11 e) Résistance en série ................................................................................................... 11



f) Le courant continu direct maximal........................................................................... 11 g) La dissipation de la puissance. ................................................................................. 12

2. La diode idéale. ........................................................................................................... 12

3. Deuxième approximation........................................................................................... 12

4. Troisième approximation. ......................................................................................... 12

5. Dépannage................................................................................................................... 12

6. Calcul d’une résistance en série. ............................................................................... 12

7. La droite de charge. ................................................................................................... 12

Chapitre 4 : les circuits à diodes. ............................................................................................ 14

1. Le redresseur simple alternance. .............................................................................. 14 a) Signal idéal. .............................................................................................................. 14 b) Valeur moyenne de la tension simple alternance. .................................................... 14 c) Fréquence de sortie................................................................................................... 14 d) Deuxième approximation. ........................................................................................ 14

2. Le transformateur. ..................................................................................................... 15 a) Concept fondamental................................................................................................ 15 b) Rapports de transformation. ..................................................................................... 15

3. Le redresseur double alternance............................................................................... 15 a) Valeur moyenne de la tension ou valeur DC............................................................ 15 b) Fréquence de sortie................................................................................................... 16 c) Deuxième approximation. ........................................................................................ 16

4. Le redresseur en pont. ............................................................................................... 16 a) Valeur moyenne de la tension ou valeur DC............................................................ 17 b) Deuxième approximation. ........................................................................................ 17

5. Le filtre LC à inductance en tête............................................................................... 17 a) Concept fondamental................................................................................................ 17

6. Le filtre à condensateur en tête. ................................................................................ 18 a) Concept fondamental................................................................................................ 18 b) Effet de la résistance de charge. ............................................................................... 18 c) Filtrage d’un redresseur double alternance. ............................................................. 18 d) Formule de l’ondulation résiduelle. ......................................................................... 18

7. Tension inverse de crête et courant de surcharge. .................................................. 18 a) Redresseur simple alternance avec filtre à condensateur. ........................................ 18 b) Redresseur double alternance avec filtre à condensateur......................................... 18 c) Redresseur en pont avec filtre à condensateur. ........................................................ 18 d) Résistance de surcharge. .......................................................................................... 19

8. Ecrêteurs et limiteurs................................................................................................. 19 a) Diodes petit signal. ................................................................................................... 19 b) L’écrêteur positif. ..................................................................................................... 19 c) Conditions limites. ................................................................................................... 19 d) L’écrêteur négatif. .................................................................................................... 19 e) Le limiteur ou diode CLAMP. ................................................................................. 19 f) Ecrêteurs polarisés.................................................................................................... 19 g) Association d’écrêteurs polarisés. ............................................................................ 20 h) Extensions. ............................................................................................................... 20



9. Circuits de régénération de niveau DC. ................................................................... 20 a) Le circuit de régénération positive. .......................................................................... 20 b) Le circuit de régénération négative. ......................................................................... 20

10. Multiplicateurs de tension. .................................................................................... 21 a) Doubleur de tension. ................................................................................................ 21 b) Tripleur de tension. .................................................................................................. 21 c) Quadrupleur de tension. ........................................................................................... 21

Chapitre 5 : Diodes particulières. ........................................................................................... 22

1. La diode Zener............................................................................................................ 22 a) Caractéristiques I(v). ................................................................................................ 22 b) Résistance Zener. ..................................................................................................... 22 c) Régulateurs Zener. ................................................................................................... 22 d) Loi d’Ohm. ............................................................................................................... 22 e) La diode Zener idéale. .............................................................................................. 22

2. Le régulateur Zener chargé....................................................................................... 23 a) Fonctionnement au claquage. ................................................................................... 23 b) Courant série. ........................................................................................................... 23 c) Courant dans la charge. ............................................................................................ 23 d) Courant Zener........................................................................................................... 23 e) Effet Zener................................................................................................................ 23 f) Coefficients de température. .................................................................................... 23

3. La diode Zener en deuxième approximation. .......................................................... 24 a) Effet de la tension sur la charge. .............................................................................. 24 b) Effet sur l’ondulation. .............................................................................................. 24

4. Limites de régulation. ................................................................................................ 24 a) Conditions les plus défavorables.............................................................................. 24

5. Composants optoélectriques...................................................................................... 24 a) La diode électroluminescente................................................................................... 24 b) Tension et courant d’un DEL. .................................................................................. 25 c) Luminosité des DEL................................................................................................. 25 d) Tension de claquage. ................................................................................................ 25 e) L’afficheur sept segments. ....................................................................................... 25 f) La photodiode........................................................................................................... 25 g) L’optocoupleur. ........................................................................................................ 25 h) La diode laser. .......................................................................................................... 26

6. Diode Schottky............................................................................................................ 26 a) Elimination de la charge stockée.............................................................................. 26 b) Commutation rapide. ................................................................................................ 26

7. Autres diodes particulières. ....................................................................................... 26 a) Varistors. .................................................................................................................. 26


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