Diodes et diodes Zener

 1- Symbole de la diode 

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 2- Caractéristiques électriques de la diode 

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 Observations 

• En direct la diode conduit mais il y a " une tension de seuil ". L'équation de la fonction est en direct, I = Is e^{(Vak /kT)} où kT = 25 mV à 25°C.
• En direct Vak < 1V
• En inverse le courant est pratiquement nul (I < 1µA), on dit que la diode est bloquée.
• En inverse le module de la tension ne doit pas atteindre Vrrm car ce niveau détruit le composant.
• On trouve dans le commerce des composants spécifiés avec Vrrm de 20V à 1000V et des valeurs de I maximum de10mA à 2000A. Pour les forts courants les composants doivent être montés sur un dissipateur.

 3- Modèle électrique équivalent à la diode en direct 
    Pour étudier les structures électroniques on est conduit dans un but de simplification à linéariser la fonction I = f(Vak) en direct. En fonction du problème à traiter différentes hypothèses peuvent être envisagées :

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 4- Symboles de la diode Zener 

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 5- Caractéristiques électriques de la diode Zener 

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 Observations 

• En direct la diode zéner conduit mais il y a " une tension de seuil " comme pour la diode.
• En direct Vak < 1volt.
• En inverse le courant est pratiquement nul (I < 1µA) si Vak > Vz₀, on dit que la diode est bloquée.
• En inverse si Vak < Vz₀, il y a " effet zéner " c'est à dire que la tension Vak varie très peu.
• En zéner la puissance perdue dans le composant s'élève quand le module du courant augmente. Le constructeur spécifie le courant maxi en zéner.
• On trouve dans le commerce des composants spécifiés avec Vz₀ de 2V à 400V. Pour les fortes puissances les composants doivent être montés sur un dissipateur.
• Les diodes zéner sont utilisées pour leur aptitude à produire une valeur de Vak très stable vis à vis du courant I en zéner. Soit comme source de tension de référence, soit en stabilisation de tension.

 6- Modèle électrique équivalent à la diode " en Zener " 

    Pour étudier les structures électroniques on est conduit dans un but de simplification à linéariser la fonction I = f(Vak) en Zener. En fonction du problème à traiter différentes hypothèses peuvent être envisagées :

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 Exercice 1  

Dans la structure suivante la diode et l'amplificateur A alimenté en +/-15Volts sont parfaits.

E1.1
Dans quel cas A fonctionne-t-il en mode linéaire ?
E1.2
Tracer Vs en fonction de Ve
E1.3
Soit ve = 5sin(wt). Tracer Vs et Ve en fonction du temps.
E1.4
La sortie est-elle modifiée si la diode possède un seuil de 0,7V ?

 Exercice 2 

Dans la structure suivante la diode Zener et l'amplificateur A alimenté en +/-15Volts sont parfaits.

E2.1
Dans quel cas A fonctionne-t-il en mode linéaire ?
E2.2
Tracer Vs en fonction de Ve.
E2.3
Soit ve = 10sin(wt) et une diode Zener de seuil 5V. Tracer Vs et Ve en fonction du temps.


 Exercice 3 

Dans la structure suivante l'amplificateur A alimenté en +/-15Volts est parfait. On adopte pour la diode Zener la modélisation (Vz0 = 5V, rz).

E3.1
Pour quelles valeurs de Ve la diode Zener est-elle conductrice ?
E3.2
Exprimer Vs en fonction de Ve et des composants.
E3.3
Quel est le réglage des résistances qui rend Vs indépendant de Ve ?
E3.4
Choisir R si Ve varie de 10V à 20V avec une diode dont la puissance dissipée maximale est de 0,5W


 Exercice 4 

Dans la structure suivante l'amplificateur A alimenté en +/-15Volts est parfait. La diode en direct présente la fonction : Id = Is e^Vd/(kT) où kT = 25mV à 25°C et Is est une constante.

E4.1
Pour quelles valeurs de Ve la diode est-elle en direct ?
E4.2
Exprimer Vs en fonction de Ve.
E4.3
Quelle est la fonction remplie par la structure ?



 Exercice 5 

Dans la structure suivante la diode Zener est modélisée par une source de tension Vz0 et une résistance interne Rz.

E5.1
Faire le schéma équivalent au montage dans le cas où la diode est conductrice avec Ve>0
E5.2
Si ve = E + Em sin(wt), exprimer vs(t)
E5.3
Exprimer numériquement vs(t) pour R = 100W, Rc = 500W, E = 10V et Em = 2V. Quelle est la fonction électronique de cette structure ?


 Exercice 6 

Dans la structure suivante les amplificateurs alimentés en +/-15Volts sont parfaits.

E6.1
Les amplificateurs fonctionnent-ils en mode linéaire où saturé ?
E6.2
Vis à vis du signe de Ve, quel est l'état de chaque diode ?
E6.3
Exprimer Vs en fonction de Ve. Quelle est la fonction de la structure ?
E6.4
Si ve = 0,1sin(314t), tracer ve(t) et vs(t)

 Exercice 7 

Dans la structure suivante la diode Zener est modélisée par une source de tension Vz0 et une résistance interne Rz. La résistance Ru est variable de l'infini à une valeur minimum Rum.

E7.1
Ru est déconnectée (infinie). Pour une variation de u1 de 10V à 16V, calculer la variation de u2.
E7.2
Si Ru = 400W et u1 = 18V, calculer u2.
E7.3
Si u1 = 17V, calculer la valeur de Ru qui rend iz nul.
E7.4
Pour u1 = 18V et Ru = 200W , calculer la puissance dissipée dans la diode Zener.