Une LED, ça fonctionne comment?

obiyann

Bonjour les padawans de la physique. Aujourd'hui je vous explique le fonctionnement des LED!! Mais avant tout on va parler des diodes.... N'hésitez pas à partager cette vidéo, c'est gratuit  Ma chaine twitch: https://www.twitch.tv/obiyann Facebook: https://www.facebook.com/obiyannexplique twitter: https://twitter.com/obiyannexplique instagram: https://www.instagram.com/obiyannexplique/?hl=fr  source: https://www.youtube.com/watch?v=hmsbOZJKOV0&list=WL&index=80&t=425s https://www.youtube.com/watch?v=fm2C0ovz-3M&list=WL&index=81 https://www.youtube.com/watch?v=Awxcl-RwWsk&list=WL&index=82 https://www.youtube.com/watch?v=btOIDQeMrMg&list=WL&index=83 https://www.youtube.com/watch?v=4p47RBPiOCo&list=WL&index=77 https://www.youtube.com/watch?v=EWLgeBVY-08&t=141s

Transcript

00:00 Alors aujourd'hui, on va voir ce que c'est une LED.

00:01 Ah bah tu t'y connais toi vu ta gueule !

00:03 Quoi ?

00:04 Bah oui, les moches, ça te connaît !

00:05 Mais non, une LED L-E-D !

00:07 Huuuuuuuuh !

00:09 FUSION !

00:10 GARRE !

00:11 *Bruit de fusion*

00:14 Bonjour les padawan de la physique,

00:15 Obi-Yan pour vous servir.

00:16 Bienvenue sur la chaîne qui répond à vos questions.

00:18 Et pour ce faire, laissez-les en commentaire

00:20 et je répondrai lors d'une prochaine vidéo.

00:22 Aujourd'hui, on répond à mon poteau Aetius

00:25 et on voit comment fonctionne une LED.

00:27 Mais vu qu'une LED c'est avant tout une diode,

00:29 on va voir comment fonctionne une diode.

00:31 Et après, on verra la LED.

00:32 Il y a quelque temps, dans cette vidéo,

00:34 je vous ai expliqué le début de l'électronique.

00:36 Comment on est parti de l'ampoule d'Edison

00:38 pour arriver à la diode.

00:39 Sauf que pour cette vidéo,

00:40 on va pas parler des vieilles diodes.

00:41 On va parler des diodes à semi-conducteur.

00:43 Pour comprendre comment fonctionne un semi-conducteur,

00:45 il va falloir qu'on revienne à la base des bases,

00:47 à l'atome.

00:48 Souvent sur cette chaîne,

00:48 et afin de simplifier les choses,

00:50 je vais vous expliquer qu'un atome était composé d'un noyau

00:52 et d'électrons qui gravitaient tout autour

00:54 comme un système planétaire.

00:56 C'est le modèle de Rutherford.

00:57 Aujourd'hui, on va aller un tout petit peu plus loin,

00:59 mais vous allez voir,

01:00 c'est pour comprendre la diode un peu plus précisément.

01:02 Ça reste toujours simplifié par rapport à la réalité des choses,

01:05 mais ça va être intéressant de pousser le curseur un peu plus loin.

01:08 Je vais vous présenter le modèle de Bohr.

01:10 Modèle qui a été introduit, évidemment, par Niels Bohr.

01:13 Dans ce modèle, on a toujours un noyau au centre

01:15 et des électrons qui tournent autour de ce noyau.

01:18 Seulement, ça va pas être comme avec des planètes

01:20 qui tournent autour du Soleil.

01:21 Car chaque orbite va avoir son propre niveau d'énergie.

01:24 Plus on s'éloigne du noyau,

01:26 et plus le niveau d'énergie sera important.

01:28 Et donc, les électrons qui graviteront autour d'un orbite

01:31 devront être à ce niveau d'énergie.

01:33 Dernière chose à savoir sur le cortège électronique d'un atome,

01:35 il faut que pour qu'il soit stable,

01:37 sur sa dernière couche électronique,

01:38 on appelle ça la couche de valence,

01:40 il faut qu'il y ait soit 8 électrons,

01:42 ça c'est la règle de l'octet,

01:43 soit 2 électrons,

01:45 ça c'est la règle du duet.

01:46 Du duet, pas du duel !

01:52 Donc, pour la majorité des éléments,

01:53 il faut 8 électrons sur la couche de valence.

01:56 Mais la couche de valence,

01:57 ou la bande de valence, c'est la même chose,

01:59 ne va pas nous permettre de savoir si un élément est conducteur,

02:02 semi-conducteur ou isolant.

02:03 Ça c'est parce qu'il y a une autre bande,

02:05 on l'appelle la bande de conduction.

02:07 Chaque élément a une bande de conduction

02:09 correspondant à un certain niveau d'énergie.

02:11 Par exemple, pour les conducteurs,

02:12 comme le fer ou le cuivre,

02:13 eh bien ils ont une bande de conduction

02:14 au même niveau d'énergie que la bande de valence.

02:17 Ça veut dire que les électrons de la bande de valence

02:19 peuvent aller dans la bande de conduction

02:21 sans apport d'énergie.

02:22 C'est ce qu'on appelle un électron libre.

02:24 C'est grâce à ces électrons libres

02:25 qu'on peut créer un courant électrique.

02:27 Dans le cas d'un isolant,

02:28 lui, sa bande de valence et sa bande de conduction

02:30 ne sont pas connectés.

02:32 Il y a un niveau d'énergie très élevé entre les deux.

02:34 Il est donc impossible pour un électron

02:36 d'aller dans la bande de conduction,

02:37 à moins d'apporter une énergie énorme.

02:39 C'est pour ça que c'est un isolant électrique.

02:41 Eh bien, pour ce qui nous intéresse,

02:43 c'est-à-dire les semi-conducteurs,

02:44 il y a bien un écart d'énergie

02:46 entre la bande de valence et la bande de conduction.

02:48 Mais cet écart est minime,

02:50 en tout cas moindre que celle d'un isolant.

02:51 Mais si on veut que des électrons libres

02:53 aillent dans la bande de conduction,

02:55 il va quand même falloir fournir aux électrons de valence

02:57 un peu d'énergie.

02:58 Vous devez déjà le savoir,

03:00 mais l'élément principal qui compose les semi-conducteurs,

03:02 c'est le silicium.

03:03 Et le silicium a sur sa couche de valence,

03:06 sur sa dernière couche électronique,

03:07 que 4 électrons.

03:09 Donc il ne peut pas être tout seul.

03:10 Il va être obligé de s'associer à d'autres atomes

03:12 pour pouvoir avoir 8 électrons sur sa couche de valence.

03:15 Je vous explique.

03:16 Prenons un bloc où il n'y aura que des atomes de silicium.

03:18 Pas d'autres, juste des atomes de silicium.

03:20 Si on veut 8 électrons sur la couche de valence,

03:22 il va falloir que tous les atomes de silicium

03:25 partagent des électrons avec d'autres.

03:27 Ce qui va se passer, c'est que quand on va prendre un atome de silicium,

03:29 il y en a 4 qui vont se mettre tout autour,

03:31 chacun des 4 partageant un électron de son comptage électronique,

03:35 un électron de sa couche de valence.

03:36 4 électrons en plus des 4,

03:38 ça en fait 8.

03:39 Mais l'atome de silicium initial va partager ses 4 électrons

03:42 avec les 4 atomes autour aussi.

03:43 On voit bien qu'on se retrouve avec un bloc de silicium

03:46 où chaque atome va partager un électron avec les atomes qui l'entourent.

03:49 Le partage de ces 2 électrons, c'est ce qu'on appelle une liaison.

03:52 Une liaison covalente.

03:54 Donc si vous vous rappelez vos cours de chimie,

03:55 quand il y avait la barre entre 2 atomes,

03:57 en fait c'était un échange de 2 électrons de la couche de valence.

04:00 Donc maintenant on se retrouve avec un bloc de silicium

04:02 où il n'y a que des atomes de silicium en liaison entre eux.

04:05 On voit bien que ça va être compliqué de faire passer un courant à l'intérieur.

04:08 Il ne va pas y avoir d'électrons libres à passer.

04:09 Sauf que vous savez très bien que les semis-conducteurs

04:11 ont censé en électricité.

04:12 Donc qu'est-ce qui va être fait pour que ça devienne conducteur ?

04:15 Alors imaginons si je prends un bloc de silicium

04:18 et qu'à l'intérieur je vais ajecter un nouvel atome.

04:20 Plein d'atomes mais d'un même élément.

04:22 On va dire du phosphore.

04:23 Que va-t-il se passer ?

04:24 Eh bien le phosphore, contrairement au silicium,

04:26 a 5 électrons sur sa couche de valence.

04:28 Ce qui va se passer, c'est que le phosphore va s'entourer de 4 atomes de silicium.

04:31 Et vous voyez bien qu'il reste un électron.

04:32 Cet électron est là mais il ne peut pas bouger

04:34 puisqu'il y a tous les atomes de silicium autour.

04:36 Et donc de ci de là, vous allez avoir un atome de phosphore avec un électron

04:39 qui va permettre de rendre plus négatif ce bloc de silicium.

04:43 On a donc un excédent de charge négative.

04:45 Le bloc de silicium a donc été dopé négativement.

04:48 C'est ce qu'on va appeler une portion N.

04:49 Mais si à la place du phosphore, on ajectait un autre élément ?

04:52 Disons du bore ou de l'aluminium, peu importe.

04:55 Prenons de l'aluminium parce que ça va correspondre aux images d'illustration que j'ai récupérées.

04:58 Donc je fais la même chose,

04:59 j'injecte mon aluminium dans mon bloc de silicium.

05:01 Sauf que l'aluminium n'a que 3 électrons sur sa couche de valence.

05:04 Et si vous faites bien le calcul, le silicium en a 4,

05:07 l'aluminium en a 3, 4 + 3 ça fait 7.

05:10 On ne peut pas respecter la règle de l'octet.

05:12 Il va donc manquer un électron, il va y avoir un trou.

05:14 Ah ça c'est pas mal !

05:15 Et si vous vous rappelez bien la vidéo qu'on a faite sur le transistor,

05:17 c'est ça les trous de la partie P que je parlais la dernière fois.

05:19 Et vu qu'il manque un électron qui a une charge moins en moins,

05:22 ce bloc de silicium va donc être dopé positivement.

05:25 Ça sera ce qu'on appelle une portion P.

05:27 Et on vient donc de créer une diode.

05:28 Cette diode est composée d'un bloc de silicium dopé positivement

05:32 et d'un bloc de silicium dopé négativement.

05:35 Le fait de joindre les deux, ça va créer une jonction PN.

05:39 Et c'est là qu'on va commencer la réelle explication de ce qu'est une diode.

05:42 Et puisque d'un côté je vais avoir un surplus d'électrons,

05:45 et de l'autre côté je vais avoir des trous qui peuvent réceptionner ces électrons.

05:48 Donc aux abords de cette jonction, qu'est-ce qui va se passer ?

05:50 Il va y avoir un mouvement d'électrons.

05:52 C'est-à-dire que le surplus d'électrons au plus proche va remplir les trous qui sont à côté.

05:56 Sauf que cette manœuvre va créer ce qu'on appelle une DDP.

05:59 Une double PN ?

05:59 Mais ta gueule !

06:01 Une DDP ça veut dire une différence de potentiel.

06:04 Il y a création d'une tension si vous voulez.

06:05 Mais le fait de créer une différence de potentiel au niveau de la jonction,

06:09 ça va bloquer le mouvement des autres électrons.

06:11 Il va donc falloir dépasser cette différence de potentiel

06:14 pour pouvoir avoir un mouvement d'électrons.

06:15 Comment je vais pouvoir dépasser cette différence de potentiel ?

06:17 Et bien tout simplement, je vais ajouter une alimentation électrique au bord de ma diode.

06:21 Il suffit de connecter le côté positif de mon alimentation

06:24 vers la portion P de la diode,

06:26 et le côté négatif de mon alimentation vers la portion N.

06:29 Et voyons ce qui se passe.

06:30 Je rappelle les conventions,

06:32 le courant va toujours du plus vers le moins,

06:34 mais la réalité des faits,

06:35 c'est que les électrons vont toujours du moins vers le plus.

06:37 Je viens donc rajouter des électrons sur ma portion N,

06:41 qui est déjà elle-même en excédent,

06:43 jusqu'à arriver à être au-dessus de la différence de potentiel créée au début.

06:48 Ce qui va permettre le déplacement des électrons.

06:51 Donc ce qu'il faut, c'est que la tension de mon alimentation électrique,

06:53 sa différence de potentiel,

06:55 soit supérieure à celle de la jonction PN.

06:58 En général c'est 0,7 V,

06:59 mais il peut y en avoir d'autres.

07:00 Donc là ce qu'on vient de voir, c'est que j'applique une tension supérieure à 0,7 V,

07:04 et puis ça passe.

07:05 Mais donc ça sert à quoi une diode ?

07:06 Bonne question.

07:07 Bonne question.

07:08 Bonne question.

07:09 Ben pour comprendre à quoi ça sert une diode,

07:10 on va inverser les polarités.

07:12 On va mettre le plus du côté de la portion N,

07:14 et le moins du côté de la portion P.

07:16 Que va-t-il se passer ?

07:18 Des électrons vont arriver sur la portion P,

07:20 sauf qu'ils vont arriver à un moment au niveau des électrons de la jonction,

07:24 et vont les repousser.

07:25 Et ce qui va faire donc écarter les électrons vers la portion N.

07:29 Ce qui vient donc empêcher le passage d'un courant électrique,

07:32 puisque les électrons se repoussant ne peuvent pas se rapprocher.

07:34 Il n'y a donc pas de circulation de courant.

07:37 Pas de circulation d'électrons.

07:39 Donc on voit à quoi sert une diode.

07:41 Ça sert à faire passer un courant dans un sens,

07:43 mais pas dans l'autre.

07:44 Avec des utilités diverses et variées,

07:46 on peut très bien l'utiliser pour la protection d'un circuit.

07:48 On a même, en cas de montage spécifique,

07:51 du redressement d'un courant alternatif vers un courant continu.

07:53 On en parlera peut-être dans une prochaine vidéo.

07:55 Mais voilà en gros à quoi sert une diode,

07:57 et surtout comment elle marche.

07:59 Mais, mais, mais, mais, mais !

08:00 La question initiale n'était pas comment fonctionne une diode,

08:02 mais bien comment fonctionne une LED.

08:04 Bon déjà, ça veut dire quoi LED ?

08:05 Attention, c'est de l'anglais !

08:06 Ça veut dire "Light Emitting Diode".

08:08 Eh ben dis donc, toujours un anglais de merde toi !

08:09 Ouais, je sais, merci, merci.

08:10 Dès que fois vous verrez le terme "DEL",

08:12 "Diode électroluminescente", donc c'est en français,

08:14 mais c'est plus rare.

08:15 Mais on emploie surtout le terme LED.

08:17 Comme ta mère !

08:18 Pour vous expliquer comment fonctionne une LED,

08:22 je vais être obligé de vous expliquer ce qu'on a vu lors de la dernière vidéo,

08:25 à savoir l'effet photoélectrique.

08:27 L'effet photoélectrique, je sais pas si vous vous rappelez,

08:29 c'est lorsqu'un photon est capable de donner toute son énergie à un électron,

08:32 qui lui-même est sur le cortège électronique d'un atome,

08:35 cette énergie récupérée va être capable de le faire sortir de son orbite,

08:38 voire même de l'éjecter.

08:40 Maintenant, il va falloir qu'on revienne au modèle de Bohr.

08:42 Vous vous rappelez, chaque orbite a un niveau d'énergie.

08:44 Donc, si mon photon vient taper un électron,

08:47 et vient donc lui fournir son énergie,

08:48 une énergie qui ne sera pas suffisante pour l'éjecter,

08:50 mais pour le faire monter d'un orbite.

08:52 Eh bien, imaginez le sens inverse.

08:54 Si mon électron se désexcitait,

08:56 et qu'il descendait d'un orbite,

08:57 qu'est-ce qui se passerait ?

08:58 Eh bien, il y aurait l'émission d'un photon,

09:01 parce qu'il va devoir libérer son énergie.

09:03 Vous voyez certainement où je veux en venir.

09:04 Quand il y a le passage d'un courant dans la diode,

09:06 et donc un mouvement d'électrons de la portion N vers la portion P,

09:09 les électrons de la bande de valence

09:10 vont monter en énergie pour aller vers la bande de conduction,

09:13 ils vont devenir des électrons libres,

09:15 et circuler dans cette bande de conduction.

09:18 Lorsqu'elles arrivent au niveau des trous de la portion P,

09:20 les électrons vont devoir descendre d'énergie.

09:23 Et on a dit quoi ?

09:24 Quand un électron descend en énergie, se désexcite,

09:27 il va émettre un photon.

09:28 Eh bien, c'est grâce à ce phénomène qu'on a des LED.

09:31 Et bien sûr, grâce à l'avancée des technologies,

09:34 on peut générer des photons de différentes longueurs d'onde,

09:36 et c'est pour ça qu'on se retrouve avec des LED

09:38 capables de faire toutes les couleurs.

09:39 Voilà, c'est tout pour moi.

09:41 J'espère que cette vidéo vous a plu.

09:42 Si c'est le cas, n'hésitez pas à vous abonner

09:44 et à lâcher votre meilleur like.

09:46 N'oubliez pas la cloche si vous voulez rater aucune des prochaines vidéos.

09:49 N'hésitez pas non plus, si vous voulez choisir le sujet de la prochaine vidéo,

09:51 à mettre plein de commentaires.

09:53 C'était Obi-Wan qui vous dit que la science soit avec vous.

09:56 On va voir le modèle...

10:07 Oui, oui, oui, oui.

10:11 Tu veux appasser la caméra, là ?

10:13 Coucou ! C'est bon ?

10:14 Bon, allez.

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