Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO Partie électricité, TP5 : Caractéristique des diodes zener. Objectifs : Relevez la caractéristique statique d’une diode Comprendre et utilisez-la dans des montages courants. Matériel nécessaire : Une résistance de 1200Ω et Un rhéostat de 470 ohms Une diode zener 4,7 volt Fils pour les connexions à réaliser vous-même. Une alimentation stabilisée 2 multimètres des câbles bananes-bananes des câbles bananes-croco 1 Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO Manipulation : Caractéristique des diodes zener et applications Partie 1 Manipulations à effectuer : Diode zener en sens directe. Câblez le montage suivant. Faites varier l’alimentation de 0 à 30V et relevez le courant traversant la diode en fonction de la tension à ses bornes. Attention : prenez plusieurs points en dessous du genou de la caractéristique en prenant plusieurs valeurs de l’alimentation entre 0 et 2V. Refaites les mesures une deuxième fois si nécessaire. Mesure : U [V] Courbes : Tracez la courbe caractéristique de la diode Ud [V] Id [A ou mA] 0 10 V 2 Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO Manipulations à effectuer : Diode zener en sens inverse. Câblez le montage suivant. Faites varier l’alimentation de 0 à 30V et relevez le courant traversant la diode en fonction de la tension à ses bornes. Attention : prenez plusieurs points en dessous du genou de la caractéristique en prenant plusieurs valeurs de l’alimentation entre 4 et 5V. Refaites les mesures une deuxième fois si nécessaire. Mesure : U [V] Courbes : Tracez la courbe caractéristique de la diode Ud [V] Id [A ou mA] 0 10 V 3 Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO Partie 2 Manipulations à effectuer : Régulateur de tension à base d’une diode Zener. Si on polarise une diode Zener dans sa région de claquage (tension inverse négative) la tension à ses bornes reste quasiment constante sur une grande plage de courant. Cette tension est appelée tension Zener. Ainsi, une variation du courant dans le circuit, due par exemple à une variation de la charge, ne provoquera pratiquement aucun changement de tension aux bornes de la diode. Cette propriété est utilisée afin de réguler la tension délivrée à une résistance de charge. Réalisez les montages suivants et visualisez la tension d’entrée ainsi que la tension sortie. 2.1 Montage aval, vous augmentez progressivement la tension d’alimentation. La diode sera positionnée en inverse et le Rhéostat sera au maximum 470 ohms. On souhaite avoir une stabilisation de 4,7 Volt pour par exemple alimenter un circuit de portes Nands en TTL. Résistance de protection. Comment déterminer la valeur de la résistance de protection. Les documents techniques nous informent sur les caractéristiques des composants. Les résistances ont une puissance 1/4W sauf le rhéostat qui est lui plus haut. Vous utiliserez le Rhéostat 470 ohms pour la résistance R. Maintenant pour calculer la valeur de la résistance de protection Rp. Nous allons devoir choisir une tension max. d alimentation 30V. Iz max. dans le datasheet est de 200mA et le courant conseillé pour une utilisation optimal 60mA. On choisit une diode Zener BZX 55 – C4.7, dont les caractéristiques techniques sont: Vz=4.7V, Pz=500mW, Izmaxi=100mA 1/ Calculer la valeur de la résistance de protection (pour R Rp = U / I = (30 – 4.7)/0.1m = 253 ohms ) on prend: Rp = 390 2/ Calculer, dans ces conditions, la puissance dissipée dans cette résistance P = U² / R = (30 – 4.7) / 390 = 0.065 W on prend: P = 0,25W 3/ Quel est le courant maximal qui peut traverser Rp ? R = 0 I = 30 /390 = 0.077 A 4 Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO 4/ Calculer alors la puissance dissipée dans Rp P = U * I = 30 * 0.077 = 2,3 W on prend 2W mais malheureusement nous n’avons que des résistances de 1/4W. 5/ Déterminer la tension max. pour ne pas dépasser le 1/4W dans la résistance. U = R * I et P = U * I P = U²/R Umax = √P * R = 9.8 Conclusion avec une Résistance de protection de 390 ohms, on ne peut absolument pas avoir une tension au-dessus des 10 volts ! Si nous voulons monter à 30 volts, il ne suffit de prendre 390 * 3 = 1170 ohms Donc Rp = 1200 Ohms R = 470 ohms. Mesure : Iz Calculer la valeur du courant et vérifier qu’il ne dépasse pas les 100mA U [V] I [mA] Ir [ mA] Ud [V] Iz [mA] = I – Ir 0 10 V 5 Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO Courbes : Tracez les courbes des différents courants en fonction de U. 2.1 Montage amont, alimentation U est fixée à par exemple 10 Volt ensuite vous diminuez progressivement la résistance R. La diode sera positionnée en inverse et le Rhéostat sera au départ maximum 470 ohms. 6 Département Biotech HeH –ISIMs Laboratoire d’électronique 1ère Bachelier BIO Mesure : Iz Calculer la valeur du courant et vérifier qu’il ne dépasse pas les 100mA U [V] I [mA] Ir [ mA] Ud [V] Iz [mA] = I – Ir R [ohms] R = Ud / Ir 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V 10 V Courbes : Tracez les courbes des différents courants en fonction de R. 7