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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.
Le 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
On 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
Il est impératif de monter le transistor sur un radiateur de quelques cm de côté.
Le transistor pourra être un BD237, un BD441, ...
La diode zener: transistor ballast série, posté par nina67 le Friday, June 19, 2009