Composants semi-conducteurs : modèle pour la diode
Diode : comportement
Le comportement, de même que la fonction d'une diode peut se déduire de la caractéristique
courant-tension : ID = f(UD).
Approximation linéaire
Il est souvent plus simple de considérer la diode de manière approximative, et dans ce cadre, des modèles simples sont proposés (cf. tableau ci-dessous).
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Le modèle Ron-Roff de Flux
Le modèle simple proposé pour la diode dans Flux est appelé modèle Ron-Roff. Il correspond au modèle 2 présenté dans le tableau ci-dessus.
Les grandeurs nécessaires pour la définition de la caractéristique ID = f (UD) avec ce modèle sont :
-
la résistance à l'état passant Ron cette valeur doit être assez faible, généralement de l'ordre de 0,1 Ω
-
la résistance à l'état bloqué Roff cette valeur doit être assez forte, généralement de l'ordre de 10 000 Ω
Pour représenter une diode à l'aide du modèle 4, il est nécessaire de juxtaposer un composant diode de Flux et une source de tension.
Approximation exponentielle
Un modèle plus précis de la caractéristique courant-tension de la diode peut être réalisé à l'aide de la fonction exponentielle suivante :
où :
- UPN est la tension aux bornes de la jonction PN
- UT est la tension thermodynamique ou tension de température
- IS est le courant de saturation
où :
- k est la constante de Boltzmann (k = 1,38 × 1023 J/K)
- T est la température absolue de la puce
- λ est une constante empirique (0,5 ≤ λ ≤ 1)
- q est la charge élémentaire de l'électron (q = 1,6 × 1019 C)
Schéma équivalent et caractéristique U(I)
Si l'on considère le schéma équivalent de la diode, représenté sur la figure ci-dessous, la tension UD aux bornes de la diode est donnée par :
UD= URsérie + UJonctionPN
La caractéristique tension-courant UD = f (ID) s'écrit alors :
Le modèle exponentiel de Flux
Le modèle simple proposé pour la diode dans Flux est appelé modèle Exponentiel . Il correspond au modèle présenté précédemment.
Comme la valeur de la tension de température UT n'est pas facilement accessible, c'est la valeur de la tension de seuil ou tension de coude VF0 qui est utilisée dans Flux 3D pour le modèle exponentiel.
La relation reliant UT, VF0 et IS. est la suivante :
Les grandeurs caractéristiques nécessaires pour la définition d'une diode avec ce modèle sont représentées sur la figure ci-dessous.
Il s'agit :
-
de la tension de coude : VF0 en Volt (knee forward voltage)
-
de la résistance extrinsèque : RS en Ohm (ou bulk resistance)
-
du courant de saturation : IS en Ampère
Des valeurs typiques sont proposées par défaut pour ces trois paramètres : VF0=0,7V ; RS=0,1Ω ; IS=106A
Remarque
La tension inverse avant claquage n'est pas utilisée dans Flux.