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La jonction d'une diode

Recombinaison de la zone de transition dans une jonction
La juxtaposition des zones P et NLa zone P à trous et de la zone N en excès d'électrons... produit tout simplement la migration d'électrons de la zone N vers la zone P : la recombinaison. Cela créée une ddpNon mesurable avec un appareil classique, vraiment trop peu d'intensité !
Mais ce seuil est d'environ 0.3 V avec une diode germanium ; 0.7 avec du silicium
et émet un photon (visible dans les LED Light-Emitting Diode, DEL Diode Electro-Luminescente en français
Leds et afficheur 7 segments
). Cette ddp bloque la circulation de courant dans un certain sens, nous allons le voir.
Seuil d'une jonction
Une structure cristalline, régulière et périodique est isolante. Un dopage P, à pour but de créer des trous (des manques d'électrons dans la structure). Le dopage P s'obtient par chauffage et combinaison de Bore...
Un dopage N a pour but de créer des électrons libres (un surplus d'électrons dans la structure). Le dopage N s'obtient par chauffage et combinaison d'arsenic, phosphore, anitomoine...
Jonction conductrice
Dans ce sens, la tension appliquée aux bornes de la diode annihile le tension de seuil et le courant circule dès que la tension de seuil est dépassée !
Jonction bloquée Une tension inverse conforte la tension de seuil en l'augmentant, la diode se comporte alors comme un isolant. Avec une limite destructive : la tension inverse maximum supportée : voir les datasheetSpécifications techniques fournies par le fabriquant de la diode !

Jonction de bipolaire

Transistor bipolaire NPN jonction
Le transistor bipolaire utilise un équivalent à 2 diodes tête-bêcheReprésentation diodes dans NPN avec la base b en point de liaison des 2 cathodesAnodes pour un NPN, cathodes pour un PNP
Représentation didoes dans un PNP
. Représentée ici en NPN, (le principe vaut pour un PNP) sans alimentation sur la base, la jonction d'un transistor bipolaire bloque la circulation du courant dans les 2 sens.
Transistor bipolaire NPN conduction jonction
Le fait d'appliquer entre la base b et l'émetteur e une tension supérieure au seuil de la diode engendre une intensité dans la base qui annihile le blocage dû à cette zone de transition et permet une conduction entre c et e d'une intensité allant jusqu'à β × I base
Jonction de transistor NPN
Photo de la jonction d'un NPN 2N2222.

Jonction mosfet

Jonction mosfet sans conduction
Avec un mosfet N, drain d et source s sont de type N et séparés par une zone P : la structure ressemble à un NPN (PNP pour le canal P). Si Vgs, tension gate / source est nulle ou inférieure au début de conductionGénéralement ≃ 3.5 Volts : la résistance entre d et s est ∞ sur les modèle à enrichissementSoit 99% des mosfet.
A l'inverse les mosfet à déplétion offrent alors leur résistance RdsON
(voir datasheet : de quelques mΩ à quelques Ω)
.
Jonction mosfet en conduction
Alimentée, sa gate (porte) crée un champ électrostatique ouvrant un canal laissant circuler les électrons. Lorsque la gate g qui est isolée (telle un condensateur) est chargée par une tension suffisanteVoir le cours : Vgs de pincement commence à ≃ 3.5 V et n'évolue plus vraiment après ≃ 7 V.
Destruction pour ± 20 V
, elle crée un canal qui laisse passer les électrons. La largeur de ce canal et donc la résistance entre drain d et source s évoluent entre ∞ et RdsONVoir datasheet : de quelques mΩ à quelques Ω.

Relais statique

Relais statique sur dissipateur
Relais statique à triac opto-couplé sur dissipateur
Relais statique à triac
Relais statique module DIN
Un relais statique inclut un triac et une LED. L'allumage de la LED contrôle le triac (opto-couplage) en assurant une isolation galvaniqueSéparation électrique complète des circuits tout comme le relais qui, lui, utilise l'électromagnétisme entre commande et puissance.

Avantages du statique
  • MTBFMedium Time Before Failure, temps moyen avant panne...
    Un composant électronique statique est quasiment inusable si utilisé pas trop près des limites 'AMR' Absolute Maximum Ratings (datasheet)
    très élevé
  • Très rapideRelais ILS
    Jusqu'à plusieurs dizaines de milliers d'Hertz contre moins de 10 Hz pour un relais mécanique, près de 100 Hz pour un ILS : interrupteur Lames souples :
    flexibles, les contacts élastiques 'se tordent' limitant ainsi le mouvement mécanique et donc l'inertie, le délai de commutation !
  • Totalement silencieux
  • Commande requérant peu de puissanceLa LED de commande fonctionne généralement de 5 à 24 Vcc pour quelques mA...
  • Peu encombrant et léger

Relais contacteur

Le relais ou contacteur électromécanique à commande par bobine électroaimant :

Avantages du mécanique
  • RobustessePlus sensible aux chocs mécaniques, il tolère par contre mieux les dépassements de tension et d'intensité brefs du fait que ses contacts sont mécaniques...
    Ce qui les rend aussi bien plus sensibles à l'usure !
    face aux surtensions, surintensité
  • Chute de tensionEntre son équivalent de 'contact' NO, le relais statique engendre à minima 1 Volt de chute de tension, en pratique jusqu'à quelques volts... Bien moins en mécanique réduite
  • Plus économique en haute puissance
  • Peu sensible aux perturbationsUn optocoupleur commence à réagir pour 5 V et 1 à 2 mA soit 10 mW, alors qu'un contacteur exige plusieurs watts pour basculer, les parasites ne sont pas assez puissants pour le faire commuter !


Pertes en commutation et conduction

  • Parfaite (théorique) en vert : transition nulle !
  • Tension aux bornes du contact en bleu
  • Intensité traversant le contact en violet
  • Pertes par conductionAucun contact n'est parfait : une résistance subsiste mais elle doit être négligeable
    Pour un transistor de commutation c'est soit sa résistance RdsON (mosfet), soit sa tension CE
    en marron en bas
  • Pertes par commutationLa pointe est ≃ égale à la puissance du circuit fermé divisée par 4 car les courbes de tension et d'intensité se croisent à leur demie valeur.
    Comme on ne peut diminuer cette pointe, on va s'attacher à limiter la largeur du triangle ainsi formé, car il représente l'énergie. Pour cela, on utilisera des bascules rapides !
    , les pointes rouges
Pertes par commutation
Comme il est impossible de diminuer la pointe, (liée à U et I), on diminue au maximum le temps de transitionEn bleu, le signal parfait, en gris la période t, en rouge le temps de commutation, en vert le temps 0 ou 1 :
Temps de transition des composants en HF
Il apparaît clairement que le ratio tc (temps de commutation : pertes Joule) en rouge est inacceptable au milieu (près de ≃ 50% !).
Alors qu'il est en vert acceptable en bas (< à 10%)
avec des composants très rapides !

Calcul de la valeur médiane d'une résistance !

La valeur d'une résistance se choisit entre les 2 extrêmes comme suit :

  • On calcule la valeur minimale pour que tout fonctionne, exemple : 3.3 kΩ
  • On calcule la valeur maximale pour que tout fonctionne, ex : 22 kΩ
  • On fait la racine carrée du maxi que divise le mini, ex : √(22 / 3.3)
  • Et en multipliant le min par la valeur obtenue (ou divisant le maxi),
    on obtient la vraie valeur médiane !
  • Ex : √(22 / 3.3) ≃ 2.58
  • 3.3 kΩ × 2.58 ≃ 8.52 kΩ
  • 22 kΩ / 2.58 ≃ 8.52 kΩ !
  • Soit dans cet exemple, la valeur normalisée la plus proche : 8.2 kΩ
√(maxi - mini) = Valeur Médiane !

Pour voir l'erreur fréquemment commise prenons des valeurs très éloignées :
1 kΩ pour le minimum et 100 kΩ pour le maximum
Sans cette méthode on choisirait instinctivement : 50 kΩ !
Alors que la bonne valeur est : 10 kΩ !
√(100 / 1) = 10 ; 10 × 1 kΩ = 100 kΩ / 10 = 10 kΩ !


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Lien externe recommandé par l'auteur :


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Crée le 04 / 06 / 2017, der. màj le 01 / 07 / 2018 par : Guillaume (Guillaume DUPAS)
Contributeur Guillaume DUPAS Gu5835e07c1389f
Cours vu 9129 fois
Difficulté : ★★★★☆
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