La diode zener: calcul, dimensionnement

Cet article présente un exemple concret pour dimensionner un circuit stabilisateur de tension. Par exemple, il peut s'agir de l'alimentation d'un ampli op.

 

Cahier des charges

Courant de sortie : 0 à 20mA

Tension de sortie Vs : 15V

Tension d'entrée Ve (non régulée) : 25V (Vemin) à 35V (Vemax)

Ve fluctue entre 25V et 35V à cause de l'ondulation. On souhaite que sur cette plage de tension, la tension de sortie reste stable.

Donnée : Le courant minimum dans la zener Izmin est de 1mA.

 

 

 

Comment dimensionner R et la diode zener ?

 

Réponse

Valeur de R

Etant donné qu'on souhaite une tension de sortie égale à 15V, la diode zener doit être un modèle 15V. On choisit R la plus élevée possible pour minimiser la dissipation et la consommation sur l'entrée, mais en assurant que le circuit reste conforme au cahier des charges, c'est à dire que le courant dans la zener dépasse Izmin.

 

Le pire cas est atteint lorsque le courant de sortie est maximal et que Ve est minimale. On a alors :

Ve = Vemin = 25V, is = 20mA

D'où : ie = is + izmin = 21mA

Ce courant de 21mA traverse la résistance qui est alors soumise à une tension de Vemin-Vs = 25V-15V = 10V.

D'où : R = 10V/21mA = 477 Ohm

On choisit immédiatement inférieure : R = 470 Ohm.

 

Puissance dissipée par la résistance

La plus grande dissipation est atteinte pour Ve maximale, peu importe le courant de sortie. La tension aux bornes de R vaut alors : Vemax-Vs = 35V-15V = 20V

Pr = (20V)²/470Ohm = 0.85W

On choisit un modèle capable de dissiper 1W.

 

Puissance dissipée par la diode zener

La puissance maximale dissipée par la diode zener est atteinte pour un courant de sortie nul (tout le courant ie va dans la diode zener) et une tension d'entrée maximale.

Lorsque Ve = 35V, ie = 20V/470Ohm = 43mA

La puissance, Pz, dissipée dans la zener vaut :

Pz = 43mA x 15V = 0.645W

On choisit un modèle capable de dissiper 1.3W.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour récapituler, on peut retenir les relations suivantes :

Tension de zener : Vz = Vs.

Valeur maximale de R : R = (Vemin - Vs) / (ismax + Izmin)

Puissance max. dissipée dans la résistance : Pr = (Vemax - Vs)² / R

Puissance max. dissipée dans la zener : Pz = Vz.(Vemax - Vz) / R