ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ISET – RADES Département Génie mécanique COURS ÉLECTRONIQUE 2ÈME ANNÉE GÉNIE MÉCANIQUE Moez AYADI A.U. : 2020/ 2021
Ce cours a été réalisé pour servir comme support aux étudiants de l’ISET. Il ne prétende en aucun cas regrouper toute la science de l’électronique, mais se place plutôt comme un document permettant une initiation à cette science en présentant quelques-unes de ses multiples facettes. Son élaboration est le fruit d’un travail minutieux de recueil, de lecture et de synthèse de diverses sources documentaires : livres, cours et sites internet. L’auteur tient à mentionner que la plupart des figures et illustrations présentes dans ce cours sont à la propriété des détendeurs du droit d’auteur et que leur reproduction dans ce cours est uniquement pour une utilisation pédagogique.
CHAPITRE I : LES DIODES 1 1. La diode à jonction 2 1.1. Semi-conducteurs 2 1.1.1. Semi-conducteurs intrinsèques 2 1.1.2. Semi-conducteurs extrinsèques 2 1.1.3. Jonction PN : Diode 3 1.1.4. Barrière de potentiel 3 1.1.5. Caractéristiques statiques 4 1.1.6. Résistance dynamique 5 1.1.7. Avalanche de la diode 5 1.1.8. Schémas équivalents à une diode 7 2. Diodes spéciales 9 2.1. Contrôle de l’avalanche en inverse : Diode Zener 9 2.2. Création d’une jonction rapide : Diode Schottky 9 2.3. Contrôle de la capacité inverse : Diode varicap 10 2.4. Effet quantique : Diode tunnel 10 2.5. Optoélectronique : Diodes électroluminescentes (DEL) 10 3. Applications des diodes : redressement 11 3.1. Redressement simple alternance 11 3.2. Redressement double alternance 13 3.2.1. Avec transformateur double enroulement 13 3.2.2. Avec pont de Graëtz 13 CHAPITRE II : LE TRANSISTOR BIPOLAIRE 15 1. Généralités 16 1.1. Structure d’un transistor 16 1.2. Réseaux de caractéristiques 16 1.2.1. Le montage émetteur commun 17
17 1.2.3. Réseaux des caractéristiques 17 1.3. Paramètres en h, circuit équivalent 18 1.3.1. Définition des paramètres 18 1.3.2. Interprétation des paramètres 18 1.3.3. Schéma équivalent simplifié 20 2. Transistor en commutation 20 3. Transistor en amplification 21 3.1. Polarisation du transistor 21 3.1.1. Montage à résistance de base 21 3.1.2. Montage à résistance d’émetteur 22 3.2. Amplificateur émetteur commun 23 3.3. Amplificateur collecteur commun 24 3.4. Amplificateur base commune 25 CHAPITRE III : LES AMPLIFICATEURS OPERATIONELS 26 1. Introduction 27 2. L'amplificateur opérationnel 27 2.1. Présentation de l'A.O 27 2.2. Caractéristiques des amplificateurs opérationnels 28 3. L'amplificateur opérationnel réel 3.1. Défauts d'un amplificateur opérationnel 4. L'amplificateur opérationnel idéal 31 31 32 4.1. Caractéristiques 32 4.2. Montages de base 32 4.2.1. Fonctionnement en régime linéaire 33 4.2.2. Fonctionnement en régime linéaire 36 4.2.3. Fonctionnement en régime de saturation 37 EXAMENS 44
CHAPITRE I LES DIODES Moez AYADI Page 1
LES DIODES 1. La diode à jonction 1.1. Semi-conducteurs Un semi-conducteur est un corps dont les propriétés sont à mi-chemin entre un conducteur (de type métallique par exemple) et un isolant. Il en existe plusieurs entourés en orange dans le tableau périodique des éléments comme montre la figure 1. Les éléments qui sont entourés en vert sont utilisés également mais particulièrement pour le dopage ou pour des composants spéciaux. 1.1.1. Semi-conducteurs intrinsèques Ce sont les semi-conducteurs dits purs ayant moins d’une impureté pour 1015 atomes. Ils possèdent des caractéristiques proches des isolants. Ils ont un coefficient de température négatif (leur résistance diminue en fonction de la température) contrairement aux métaux. 1.1.2. Semi-conducteurs extrinsèques Lorsqu’on lui rajoute des impuretés de l’ordre d’une impureté pour 105 à 108 atomes de Si, la résistance du semi-conducteur chute très fortement. On dit alors qu’il est dopé. Il peut être dopé avec des impuretés plus ou moins riches en électrons périphériques. Cela donne un : Type P pour des dopages avec des impuretés déficitaires en électrons (Al). Moez AYADI Page 2
Type N pour des dopages avec des impuretés excédentaires en électrons (As). 1.1.3. Jonction PN : Diode La jonction PN n’est rien d’autre que la liaison de deux types complémentaires. On retiendra qu’une jonction PN réagit de façon dissymétrique au passage du courant. Elle laisse passer le courant facilement du P vers le N et bloque dans le sens inverse. On retiendra les schémas suivants : La jonction PN est représentée avec un symbole en forme de flèche. Elle indique ainsi le sens du courant dans la jonction. Dans l’autre sens, la jonction se bloque et s’oppose au passage du courant comme le cas d’une valve de vélo pour l’air comprimé. P P N N + - - + Vd Vd A K + - Id A K - + 1.1.4. Barrière de potentiel Au moment où se forme la jonction, les électrons excédentaires de la zone N migrent naturellement vers la zone P déficitaire. La raison en est que les couches périphériques des atomes ont tendance à se combler malgré l’équilibre électrique de l’atome. Cela a pour conséquence de créer un déséquilibre électrique localement. C’est comme si les atomes sont ionisés naturellement. Cette ionisation forme un champ électrique empêchant tous les électrons de migrer de l’autre côté. Le champ ainsi produit se stabilise à un potentiel d’équilibre nommé « barrière de potentiel ». Moez AYADI Page 3
Zone N Zone P E Champ électrique dû au déplacement des électrons 1.1.5. Caractéristiques statiques On s’intéresse habituellement aux caractéristiques physiques pour obtenir un modèle mathématique simple. La théorie cinétique des gaz a permis d’élaborer un modèle simple par le principe que les nuages d’électrons se comportent comme des gaz. C’est ainsi qu’on utilise la constante que Boltzmann avait initialement établi pour ces derniers. Les équations permettent de lier ensemble la tension de jonction Vd au courant Id. On obtient : 𝐼 = 𝐼 𝑠 (𝑒 𝐾∙𝑇 − 1) 𝑞∙𝑉 N P I V I V Anode Moez AYADI Cathode Page 4
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