première approximation de la diode
La figure montre une simulation de la région directe d'une diode: le courant dans la diode I en fonction de la tension V. On observe qu'il est presque nul jusqu'à ce que la tension arrive à la valeur de la barrière de potentiel.
Entre 0,6 V et 0,7 V, le courant apparaît; pour une tension supérieure à 0,8 V, il est significatif et la courbe est presque linéaire. Selon la taille physique de la diode et ses dopages, des différences apparaissent dans le courant direct maximal, la gamme de puissance et d'autres caractéristiques. Pour avoir la solution exacte, on doit utiliser la courbe de la diode concernée. Bien que les valeurs exactes des courants et des tensions puissent varier d'une diode à l'autre, la forme de la courbe est identique pour toutes les diodes au silicium avec une tension de seuil d'environ 0,7 V.
Dans la plupart des cas, la solution exacte n'est pas nécessaire, c'est pourquoi on peut et on doit utiliser les approximations de la diode. Pour commencer, la plus simple est la diode idéale. En simplifiant, que doit faire une diode? Conduire parfaitement quand elle est polarisée en direct, faiblement en inverse. La diode idéale se comporte comme un conducteur parfait (résistance nulle) en direct et un isolant parfait (résistance infinie) en inverse.
La courbe en figure (a) I(V) d'une diode idéale, elle confirme ce qui vient d'être dit : résistance nulle en direct, résistance infinie en inverse. Il est impossible de réaliser un tel composant mais c'est ce que les constructeurs feraient s'ils le pouvaient.
Y a-t-il un composant qui agisse comme une diode idéale ? Oui, un interrupteur ordinaire a une résistance nulle quand il est fermé et une résistance infinie quand il est ouvert. De ce fait la diode idéale se comporte comme un interrupteur fermé quand elle est en direct et un interrupteur ouvert quand elle est en inverse.
Deuxième approximation de la diode
Le cas idéal est suffisant pour la plupart des dépannages, mais on n'est pas toujours en dépannage. Parfois, il faut une valeur plus précise du courant et de la tension de sortie. C'est maintenant que l'approximation du deuxième ordre intervient.
La figure (a) illustre la caractéristique I(V) en deuxième approximation. Il n'existe pas de courant pour des tensions appliquées sur la diode inférieures à 0,7 V. À cette valeur, la diode conduit et la tension reste constante quel que soit le courant qui la traverse.
Le circuit équivalent de la diode dans ces conditions est représenté par la figure (b). On assimile la diode à un interrupteur en série avec une barrière de potentiel égale à 0,7 V. Si la tension de Thévenin devant la diode est supérieure à 0,7 V, l'interrupteur est fermé et la tension sur la diode est 0,7 V quel que soit le courant.
Pour les tensions de Thévenin inférieures à 0,7 V, l'interrupteur est ouvert et il n'y a pas de courant dans la diode.
Exercice corrigé 1
Utilisez la deuxième approximation pour calculer le courant, la tension sur la charge et la puissance dissipée sur la diode:
Réponse
La diode est en direct, elle est équivalente à une pile de 0,7 V. La tension sur la charge est donc égale à la tension de la source moins celle de la diode:
La loi d'Ohm donne le courant :
VL = 10 V- 0,7 V = 9,3 V
IL = 9,3 V / 1 kΩ = 9,3 mA
La puissance sur la diode vaut :
PD = (0,7 V)(9,3 mA) = 6,51 mW
Exercice corrigé 2
en utilisant la deuxième approximation: Calculez la tension, le courant et la puissance sur la charge et la puissance sur la diode de la figure:
Réponse
De nouveau, nous utilisons le théorème de Thévenin pour le circuit à gauche de la diode. Comme avant, la tension de Thévenin est égale à 12 V et la résistance de Thévenin est égale à 2kΩ.
La tension sur la diode est 0,7 V donc le courant dans la charge vaut :
IL= (12 V-0,7 V) / 3 ΚΩ = 3,77 mA
La tension sur la charge est :
VL (3,77 mA)(1 km) = 3,77 V
La puissance dans la diode est :
PD=(0,7 V)(3,77 mA) = 2,64 mW
Troisième approximation de la diode
Dans la troisième approximation, la résistance série Rsérie est incluse.
La figure a illustre l'effet qu'elle a sur la caractéristique de la diode. Après la mise en conduction, la tension croît linéairement en fonction du courant. Plus le courant est important, plus la tension augmente sous l'effet de la résistance série.
Le schéma équivalent dans la troisième approximation comprend un interrupteur en série avec une barrière de potentiel de 0,7 V et une résistance Rsérie.
Si la tension sur la diode est supérieure à 0,7 V, la diode est passante et la tension à ses bornes est :VD = 0,7 V + ID Rsérie
Souvent, la résistance série est inférieure à 1Ω, et elle est ignorée dans les calculs. Une règle utile institue que la résistance série est négligeable si:
Rsérie <0,01 RTH
Si la résistance série de la diode est inférieure au centième de la résistance de Thévenin du circuit, la négliger provoque une erreur inférieure à 1 %. La troisième approximation s'utilise rarement .
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