Diodes Zener:
Une diode Zener est une diode à jonction PN, comme toutes les autres diodes redressement.
Symbole:
Caractéristiques:
Alors que les diodes redressement ne laissent passer le courant que dans un sens (Anode vers Cathode), la diode Zener quant à elle laisse passer du courant en sens inverse lorsque la tension inverse atteint une valeur appelée : tension d'avalanche ou tension de Zener. Une fois atteinte, cette tension reste indépendante du courant.
Allure de la caractéristique courant - tension :
La tension de Zener varie en fonction du type de diode qu'on choisit. Celle-ci peut aller de 1,8V à 270V.
Notations courantes des documents techniques du constructeur:
VF : tension directe pour le courant directe (en V);
IF : courant direct pour une tension directe (en A);
VZT : tension de stabilisation pour le courant de stabilisation (en V);
IZT : courant de stabilisation (en A)
RZT : résistance différentielle pour un courant IZT (en Ω);
IZM : valeur limite maximale du courant stabilisé (en A);
IR : courant inverse (en A);
VR : tension inverse, pour IR mesuré.
Critères de choix:
Le choix d'une diode Zener se fera en fonction de la tension à stabiliser, et du courant qui va traverser la diode. Ces deux grandeurs permettront de connaître la puissance dissipée par la diode.
Exemples de montages:
Exemple 1:
Une diode Zener peut servir de reférence de tension dans un montage. Ces montages peuvent aller du plus simple au plus complexe.
Pour ce montage simple, on veut fournir une tension de 3,3 V à une charge qui consomme 3 mA en partant d'une source de tension continue de 12 V :
E est la source de tension continue; VZ c'est la tension aux bornes de la charge. La résistance R limite le courant qui va circuler dans la diode. Si une grande quantité de courant circule à travers celle-ci, elle pourra être détruite.
On va s' intéresser à une diode Zener de 3,3V, pour sa tension nominale de Zener.
D'abord le calcul de la tension aux bornes de la résistance R:
VR = E - VZ = 12 - 3,3 = 8,7 V;
Le courant IZ de la diode qu'on veut choisir devra être au moins égal à 5 mA, pour son fonctionnement correct;
Calcul de la résistance R :
Pour tenir face aux petites variations du courant à travers la charge et laisser une marge pour que la diode continue de fonctionner correctement on va prendre IZ = 15 mA.
La charge consomme 3 mA comme cela a été précisé avant. Le courant qui va circuler à travers la résistance vaut : 15 + 3 = 18 mA;
La résistance R = 8,7 ÷ 0,018 = 483,3 Ω. On va choisir une valeur normalisé : 470 Ω.
Calcul de la puissance dans la résistance:
P = RI2 = 470 × (18 × 10 -3)2 = 0.152 W.
Une résistance de 470 Ω - 1/4 W peut convenir pour ce montage.
Pour finir vérifions la puissance dans la diode = 3,3 × 0.015 = 0,0495 W = 49,5 mW.
Pour ce qui est de la diode, un modèle BZX79C3V3 (de Onsemi) 3,3V 500 mW convient.
La puissance maximale dissipée par la diode étant de 500 mW selon le constructeur, les 49,5 mW dissipés par ce montage sont en dessous de la moitié de cette limite.
Ce montage présente quelques inconvénients :
- la tension de la diode n'est pas garantie à 3,3 V. Celle-ci peut varier de 3,1 à 3,5 V;
- il est destiné aux charges de faibles consommation et dont la demande en courant varie très peu.
Pour des courants de charges plus élevés, on peut faire recours à un montage à base de transistor.
Exemple 2 :
On peut utliser une diode Zener pour écrêter un signal sinusoîdal :
E(t) est u signal alternatif sinusoïdal. La diode Zener a une tension de Zener inférieure à l' amplitude maximale de E(t). On obtient un signal ayant la forme suivante :
La tension qui part de -0,6 V au lieu de 0, puisque la diode est dans le sens passant pour E(t) < 0.
Exemple 3 :
On va créer ici un signal sinusoïdal dont l' alternance positive et négative sont écrêtés.
On obtient en sortie une tension Vs(t) ayant l'allure suivante:
Pour finir les diodes Zener servent de tension de référence; elle peuvent aussi servir dans des circuits électroniques de protection contre les surtensions.
Mais les diodes Zener peuvent générer une tension de bruit et sont aussi sensible aux variations de températures.
