S106-5 LA DIODE ZENER

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Centre de Formation Professionnelle des Adultes de Grenoble - Le Pont de Claix.
38 Avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix.
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S106-5
T.S.A.I.I
Date
___ ___ ___
******* *******
Courant électrique
COURS
LA DIODE
ZENER
1 ) Symboles et constitution :
C'est une diode au silicium judicieusement dopé. Polarisée en inverse, elle permet d'exploiter l'effet
zener ou l'effet d'avalanche contrôlée.
Anode
cathode cathode
Anode
2 ) Caractéristique :
- Polarisée en direct, la diode zener se comporte comme une diode au silicium.
Seuil : 0,6 volt.
- Polarisée en inverse, la diode zener s'amorce pour une tension de seuil Vz0, appelée tension zener.
- Si Iz est trop petit (<< 1 mA), la diode est bloquée. 0 < V k a < Vz0 , Dz # circuit ouvert.
- Si Iz atteint 5 mA et plus, la diode zener est amorcée V k a = Vz0, # constante quelque soit Iz > 5
mA.
Dz = f. c. e.m.
Alors :
IE V
R
ZZ 0

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3 ) Schéma équivalent :
Si on observe la caractéristique inverse de la diode zener, on constate :
1 ) Coude d’amorçage.
Le coude d'amorçage n'est pas un angle droit. D'où l'incertitude sur l'obtention du seuil Vzo.
L'expérience montre que si I z est > 5 mA, la diode zener est amorcée : Vzo = f.c.e.m.
2 ) Résistance dynamique.
La partie verticale de la caractéristique présente une certaine pente. C'est la résistance dynamique
de la diode que l'on appellera z ou Rz,
Z
Z
ZI
V
Rz 
, z ou Rz est de faible valeur, quelques ohms.
3 ) Schéma équivalent :
+
-
Rz
Cathode
Anode
Cathode
Anode
Vzo est une f. c. e. m et z est la résistance dynamique.
4) Test d'une diode zener à l’ohmmètre :
Faire des essais et conclure.
5) Technologie :
Les diodes zener sont caractérisées par :
- Leur tension de seuil (série E12, E24.) et leur tolérance. L'échelle des valeurs commerciales va de
quelques volts à une centaine de volts.
- Leur puissance maximale : Vzo x Iz max. < 2 watts, ou leur courant Iz max.
Vz0
Iz

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6) Complément d'information :
- Une diode zener est toujours alimentée par une résistance ballast qui limite le courant Iz.
- Pour une diode zener donnée, z baisse si Iz croît. Les diodes zener de 8 volts possèdent la
caractéristique verticale la plus abrupte : z très petite.
- Comme tous les semi-conducteurs, les diodes zener sont sensibles à la température, ce qui entraîne
une légère dérive de leur seuil.
Soit a t le coefficient de température :
tZ
Z
V
V t 0 0
1
- a t = 0 pour les diodes zener dont le seuil Vzo = 5,6 volts.
- a t > 0 pour les diodes zener dont le seuil Vzo > 5,6 volts, ( si la t° s'élève, Vz monte ).
- a t < 0 pour les diodes zener dont le seuil Vzo < 5,6 volts, ( si la t° s'élève, Vz baisse ).
* - Il est possible d'associer des diodes zener en série.
* - Les constructeurs fabriquent des diodes zener compensées en température.
7) « Fabrication » de diodes zener de puissance :
Cathode
b
E
C
R
Anode
b
E
C
R
Cathode
Anode
T est un transistor de T est un transistor de
puissance N P N. puissance P N P.
I Vce I = Vzo + 0,7 v # constante.
La diode zener est amorcée par deux courants : I R + I b.
Iz
Iz

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8) Applications des diodes zener à la stabilisation de tensions continues :
1 )But :
Obtenir une tension rigoureusement continue grâce au pouvoir d'écrétage d'une diode zener.
2 ) Données :
On dispose d'une tension redressée aux bornes d'un condensateur de tête capable de fournir quelques
centaines de mA. Cette tension est définie par :
- Sa valeur moyenne: V moy.
- Son ondulation résiduelle: Va, de fréquence F.
- Ses variations aléatoires dues aux fluctuations de la source d'énergie (en %).
3 ) Câblage :
Va
4 ) Stabilisation amont :
Si Va moyen varie il faut que la diode zener reste toujours amorcée fi Va > Vz = Vu.
Or si Va moyen varie, I varie,
IV
R
UZ
U
donc Iz varie.
- R absorbe les variations de tension amont (ballast).
- Dz consomme l’excès de courant I - Iu = Iz.
5 ) Application numérique :
Va moyen =18 volts ± 5 %. "Ru" consomme 27 mA sous 12 volts. On choisit Dz de 12 V/50 mA.
Le calcul de la résistance ballast doit se faire pour le cas le plus défavorable : Va moyen min. et Iz
min.
RVa Vu
IVa iVz Iu Iz i
minmin 17 12
27 5150
La puissance de la résistance doit être prévue pour Va max. :

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PU
RWatt   
22
19 12
150 1 3
1 Watt câblée.
Dz absorbe alors un courant de I max. - Iu = 20 mA. Ce courant doit être inférieur à Iz max.
6 ) Ondulation résiduelle sur Vu :
Vis à vis des variations de tension Va, la diode zener se comporte comme une simple résistance rz.
Sa f.c.e.m. Vzo = court - circuit (voyez en III).
   Vu Vz Va RVa R
Z
Z
Z
Poursuivons l'application numérique :
si rz = 7,5  et Va = 3 volts,
Vu     37 5
150 31 20 150
, mV
L'ondulation est réduite d'un facteur 20 (soit -26 dB).
7 ) facteur de filtrage :
On appellera facteur de filtrage le rapport
Va
Vz
A noter qu'il est apériodique.
8 ) Stabilisation aval :
Si l'on envisage une charge Ru variable, Iu va varier et la diode zener ne doit pas se désamorcer.
I Pour Ru mini, soit Iu maxi 15 mA
Pour Ru maxi, sooit Iu mini Iz maxi.
Iu Iz
Le risque de désamorçage a lieu pour Iu max.
Poursuivons l'exemple numérique : Iu = 27 mA ± 6 mA. Il faut recalculer la valeur de la résistance
ballast.
RVa mini
Iu maxi
- Vz
+ Iz mini mA + 5 mA , soit 120 normalisée
17 12
33 1315,  
9 ) Conclusions :