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Vidéo question :: Identifier la zone d'appauvrissement d’une jonction correspondant au biais inverse Physique • Troisième secondaire

Chacune des figures suivantes illustre une jonction pn. Les côtés chargés de la zone d'appauvrissement de la jonction sont indiqués en rouge et en bleu. La jonction est représentée dans des conditions de polarisation directe, de polarisation inverse et de polarisation nulle. Quelle polarisation illustre correctement un biais inverse ? [A] Choix A [B] Choix B [C] Choix C

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Transcription de la vidéo

Chacune des figures suivantes illustre une jonction pn. Les côtés chargés de la zone d'appauvrissement de la jonction sont indiqués en rouge et en bleu. La jonction est représentée dans des conditions de polarisation directe, de polarisation inverse et de polarisation nulle. Quelle polarisation illustre correctement un biais inverse ?

Nos trois possibilités de réponse (A), (B) et (C) représentent potentiellement une situation de polarisation inverse à travers une diode à semi-conducteur. Les zones rouge et bleue représentent des côtés de la zone d'appauvrissement chargés différemment. Pour commencer, disons que l’on a un matériau semi-conducteur de type p et de type n juxtaposés comme ici. Cela signifie que du côté droit de notre diode, les électrons chargés négativement sont les porteurs de charge, tandis que sur la gauche les porteurs de charge mobiles sont des lacunes, ou trous, chargées positivement. Les électrons libres près de la jonction entre ces deux types de matériaux passeront à travers cette barrière et causeront la destruction, pour ainsi dire, de porteurs de charge mobiles près de la jonction entre ces matériaux.

Il reste alors de chaque côté des atomes stationnaires chargés négativement et des atomes stationnaires chargés positivement. Comme cette zone est maintenant exempte de porteurs de charges mobiles, elle est appelée zone d'appauvrissement. Les deux côtés de cette zone sont indiqués par les zones rouge et bleue dans nos choix de réponse. Avec notre diode telle quelle, où aucune tension externe n’est appliquée, on dit qu’elle subit une polarisation nulle. On peut alors dire que sous la condition de polarisation nulle, on s’attend à avoir une zone d'appauvrissement dans notre diode. À partir de là, on peut faire varier la taille de cette zone d'appauvrissement en appliquant une tension externe.

Disons que l’on connecte les extrémités de notre diode à une batterie comme celle-ci. Orientée de cette manière, la batterie envoie par convention une charge positive dans le sens horaire et une charge négative dans le sens antihoraire à travers ce circuit. Du fait de la charge positive entrante du côté gauche de notre circuit, on sait que ceci aura pour effet de repousser les charges positives mobiles du côté p de notre diode. Par conséquent, ces charges positives mobiles seront poussées dans la zone d'appauvrissement. De même, à droite, ces charges de courant négatives entrantes vont pousser les charges négatives mobiles du côté n de notre diode. Et du fait de cette répulsion mutuelle, les charges négatives mobiles sont poussées dans la zone d'appauvrissement depuis la droite.

Le résultat global est que la zone d'appauvrissement va se réduire. Et si la tension appliquée par la batterie est suffisamment élevée, la zone d'appauvrissement disparaîtra complètement. C’est ce que l’on observe dans le choix de réponse (C). Quand une tension externe appliquée réduit la taille de la zone d'appauvrissement, la diode est dite dans un état de polarisation directe. Dans cette configuration, il est beaucoup plus facile pour la charge mobile de passer d’une extrémité à l’autre de la diode. Pour voir à quoi ressemble la polarisation inverse, imaginons que l’on ait un interrupteur dans le circuit que l’on ouvre afin que la charge cesse de circuler dans le circuit. Lorsque cela se produit, la zone d'appauvrissement revient à son état initial.

Or, disons à présent que l’on inverse la batterie de sorte que la borne positive soit maintenant dirigée vers la droite. Si on ferme l’interrupteur pour que la charge se mette à circuler de nouveau dans le circuit, on sait que la charge positive va maintenant circuler dans le sens antihoraire et la charge négative dans le sens horaire. Du côté droit de notre circuit, nos charges positives entrantes attireront les charges négatives mobiles du côté n de la diode. De même, à gauche, les charges négatives entrantes attireront les charges positives mobiles du côté p. Des deux côtés de la diode, les charges mobiles s’éloigneront de la zone d'appauvrissement et cette zone va s’agrandir.

On remarque que plus la zone d'appauvrissement devient grande, moins il est probable que des charges mobiles puissent se déplacer à travers cette zone. En d’autres termes, la diode devient un conducteur électrique de moins en moins efficace. L’augmentation de la taille de la zone d'appauvrissement dépend de la valeur de la tension appliquée. On a donc vu que la polarisation inverse d’une diode crée une zone d'appauvrissement plus grande. En examinant nos choix de réponse (A), (B) et (C), on peut dire que (C) illustre une polarisation, ou biais, directe, (B) illustre la zone d'appauvrissement sous un biais nul, tandis que le choix de réponse (A) illustre la zone d'appauvrissement sous biais inverse.

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