La diode zener: fonctionnement en stabilisation

La diode zener est le composant électronique idéal pour stabiliser une tension à partir d'une tension non régulée de plus grande valeur. Si on souhaite obtenir une tension de 12V à partir d'une tension qui varie de 20V à 25V par exemple, le montage ci-dessous est tout à fait adapté. Le courant disponible est limité en fonction de la dissipation acceptable dans la résistance série.

La façon la plus simple de stabiliser une tension consiste en une diode zener et une résistance série :

Diode zener en stabilisateur de tension

Pour que le montage à diode zener fonctionne correctement, la tension d'entrée Ve doit être supérieure au seuil de conduction de la diode zener. Le courant iz dans la diode zener doit être supérieur au courant minimum pour garantir une bonne stabilisation (se trouver au delà du coude de la caractéristique). De plus, iz ne doit pas dépasser la valeur autorisée par la dissipation du composant (0,25W, 1,3W, etc).

Dans ces conditions, on a alors : Vs = Vz .

Si on utilise une diode zener de 12V, la tension de sortie sera de 12V environ.

La résistance est dimensionnée en fonction de Ve, Vs, de la puissance maximale admissible par la diode zener et du courant de sortie maximal souhaité.

Le courant d'entrée ie se partage entre la charge de sortie (is) et la diode zener (iz). Plus le courant de sortie est elevé, plus le courant dans la zener est faible. Quand le montage fonctionne à vide, la dissipation thermique dans la zener est maximale.

Dérive en température de la tension de la diode zener

Les diodes zener doivent leur caractéristiques à deux phénomènes physiques : l'effet zener et l'effet d'avalanche. Pour les diodes zener inférieures à 5V, l'effet zener joue, pour celles supérieures à 6V, l'effet d'avalanche joue. Les deux effets jouent pour les tensions intermédiaires.

Effet Zener : la tension aux bornes de la diode zener baisse avec la température.

Ici, Vz < 5V.

Eeffet Zener + effet d'avalanche simultanés : la tension aux bornes de la diode dépend peu de la température. Pour un courant donné, elle est même constante. Cette propriété est intéressante pour les montages. Ici, Vz = 5V à 6V.

Effet d'avalanche : la tension aux bornes de la diode zener augmente avec la température.

Ici, Vz > 6V.

Diodes zener en série

La mise en série de diodes zener peut être utilisée dans deux cas :

- créer un équivalent de diode zener avec une tension non normalisée.

- créer un équivalent de diode zener avec faible dépendance de la température. On mettra plusieurs diodes en série dont les variations en température se compensent, ou bien plusieurs diodes à faible dépendance en température (zener de 5,6V par exemple).

Mise en parallèle de diodes zener

La diode zener qui a le plus faible seuil va entrer la première en conduction. L'autre sera soit bloquée, soit peu passante. La répartition des courants ne sera pas équilibrée. La mise en parallèle ne doit pas être utilisée.