obiyann
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  • l’année dernière
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
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Transcription
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.