La diode zener: transistor ballast série

La diode zener: transistor ballast série

De nombreux montages associent diode zener et transistor. Dans tous les cas, le transistor est utilisé pour son gain en courant qui permet d'obtenir un courant de sortie plus important, tout en ayant une tension stabilisée par diode zener.

 

Régulateur série


L'inconvénient majeur du montage "diode zener + résistance" est sa consommation à vide, identique à la consommation en charge. Pour limiter cette consommation, on ajoute un transistor qui n'appelle du courant que lorsque la charge de sortie en demande. Le rendement est ainsi amélioré aux faibles charges. La puissance dissipée dans la zener est limitée, de même que la consommation globale d'énergie.

 

la diode zener transistor ballast serie 0Le transistor (appelé transistor ballast) se trouve entre l'entrée et la sortie. Il fonctionne en émetteur-suiveur (ou collecteur commun). Son potentiel de base vaut la tension de zener Vz. Il existe un décalage de Vbe (0.6V environ) entre la base et la sortie :

Vs = Vz - Vbe

 

Sans le transistor, le montage pourrait fournir un courant ib maximum. Ici, le courant maximum vaut :

is = ib.(hfe+1)

Remarque : lorsque le courant de sortie est important, la dissipation du transistor peut devenir conséquente. La diode zener dissipe peu. Aucune protection contre les court circuits n'est prévue !

 

 

Exemple : alimentation pour ventilateur 12V/200mA



la diode zener transistor ballast serie 1On souhaite réaliser une alimentation pour ventilateur de PC (12V, 200mA) à partir d'une tension non régulée qui fluctue entre 18V et 24V. Calculer R adaptée, ainsi que la dissipation des composants dans le pire cas.

Donnée : Izmin = 1mA, hfe = 100

 

 

Réponse


Tout d'abord, pour créer une tension de sortie de 12V, il faudrait une zener de 12.6V, ce qui n'existe pas. On pourra mettre en série une diode ou se contenter d'une sortie à 11.4V. On suppose qu'une tension de 11.4V convient (avec 200mA disponibles). La diode zener est donc une 12V.

 

Calcul de R

La plus grande valeur de ib possible (ibmax) vaut :

ibmax = ismax/(hfe+1) = ismax/hfe (hfe>>1)

ibmax = 200mA/100 = 2.00mA

Or, Izmin = 1mA.

Lorsque Ve est minimale, le courant dans la résistance est minimal : c'est le pire cas. On suppose donc Ve = 18V. Il faut au moins un courant de Izmin+ibmax = 3mA dans la résistance. D'où la valeur maximale pour R :

R = (Vemin-Vz)/(Izmin+ibmax) = (18V-12V)/3mA = 2kOhm

On choisit R = 1.8kOhm dans la série standardisée E12.

 

Puissance dissipée par la diode zener

Dans le pire cas, ib est nul, donc tout le courant de la résistance va dans la zener. De plus, Ve = Vemax = 24V

Le courant vaut alors : 24V-12V/1.8kOhm = 6.7mA

La puissance dissipée par la zener vaut : Pz = 6.7mA x 12V

Pz = 80mW


Puissance dissipée par le transistor

Dans le pire cas, is = 200mA et Ve = Vemax = 24V

La tension Vce aux bornes du transistor vaut alors Ve - Vs = 24V - 11.4V = 12.6V

La puissance dissipée par le transistor vaut alors : Pt = 12.6V x 200mA

Pt = 2.52W


la diode zener transistor ballast serie 2Il est impératif de monter le transistor sur un radiateur de quelques cm de côté.

Le transistor pourra être un BD237, un BD441, ...

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  La diode zener: transistor ballast série, publié par nina67 le 19 Juin 2009
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Nina67
10 COMMENTAIRES
ALIABDEL96

MERCI POUR TOUT

nina67

Bonjour, La zener est bloquée tant que Ve est inférieur à Vz. Le transistor n'intervient pas dans la conduction de la zener. Cordialement

electronicien

salut je suis youssouf j'ai du mal a concevoir une alimentation stabilsee avec diode zener et transistor en sortie une tension 15v et un courant 2a

electronicien

bien merci a vous pour ces belles explications

mosesgoble

bjr nina, peut on remplacer le transistor par un mosfet en gardan la meme config

nina67

Bonjour, oui, sauf que la tension va chuter de Vgs (3V environ) au lieu de 0.6V (Vbe). On peut alors augmenter la résistance en série avec la zener, et donc réduire la dissipation. Cordialement

Jean-Marc-Atzemopoulos

Bonjour, je souhaiterai réduire la tension de sortie d'une d'une alimentation PC, 5v 25a, vers une nouvelle tension de 4,2v en conservant au plus près les 25a. Puis je utiliser ce type de montage et si oui avec quel type de composants. Merci par avance pour la réponse.

nina67

Bonjour Jean-Marc, il n'est pas possible d'utiliser ce montage avec une chute de tension si faible, à moins de relier la base directement au collecteur. Dans ce cas, le transistor fonctionne en diode, mais il doit supporter 25A minimum pour votre besoin. On peut aussi du coup mettre des diodes en parallèle (par exemple 10 diode 1N5401 en parallèle). La chute de tension sera de 0.8V environ, ce qui fera environ 4.2V.

Jean-Marc-Atzemopoulos

Un réseau de 10 diodes du type 1n5401 directement en sortie de mon alim pour obtenir la chute de tension suffisante afin d'obtenir mes 4,2v et toujours mes 25a (soit 2,5a par diode) à peu de choses près si je comprends bien.

nina67

Bonjour Jean-Marc-Atzemopoulos, il y aura environ 2.5A par diode, c'est exactement cela. Il se trouve que la chute de tension aux bornes des diodes correspond à votre besoin ! Vous avez donc bien compris ! Cordialement

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