La diode zener: transistor ballast série

Le montage transistor ballast est un montage composé d'une diode zener comme source de tension stabilisée et d'un transistor monté en émetteur-suiveur. L'ensemble permet d'exploiter la bonne stabilité en tension de la diode zener et le courant disponible grâce au transistor.

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 à partir d'une diode zener

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 0

Montage transistor ballast avec diode zener

Tension de sortie du montage transistor ballast

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

La tension de sortie Vs est inférieure de 0,6V à la tension de zener. On pourrait dire que la tension de sortie est égale à la tension zener amputée de 0,6V.

Courant de sortie du montage transistor ballast

Sans le transistor, le montage pourrait fournir un courant limité à ib. D'après la loi d'Ohm et la loi des noeuds :

ib = (tension d'entrée mini - tension de zener) / R - izmin

Avec l'ajout du transistor, le courant maximum disponible est multiplié par le gain hfe + 1 et vaut :

is = ib.(hfe+1)

En pratique, hfe est de l'ordre de 50 à 500 pour les transistors bipolaires courants.

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 !

Calcul d'un montage à transistor ballast

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.

Données : Izmin = 0,2 mA, 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 choisie est donc une zener de 12V.

Calcul de R

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

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

ibmax = 200mA/100 = 2,00mA

Il faut que la résistance puisse délivrer 2mA pour que le courant de sortie issu du transistor puisse atteindre 200mA.

Or, Izmin = 0,2mA.

Lorsque la tension d'entrée Ve est minimale, le courant dans la résistance est minimal : c'est le pire cas. On considère donc Ve = 18V. Il faut au moins un courant de Izmin+ibmax = 2,2mA dans la résistance. D'où la valeur maximale pour R :

R = (Vemin - Vz) / (Izmin + ibmax) = (18V - 12V)/ 2,2mA = 2.73kOhm

On choisit R = 2,7kOhm dans la série standardisée E12.

Puissance dissipée par la diode zener

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

Le courant vaut alors : 24V - 12V / 2,7kOhm = 4,4mA

La puissance dissipée par la zener vaut : Pz = 4,4mA x 12V

Pz = 52,8mW

Puissance dissipée par le transistor

Dans le pire cas, le courant de sortie est à sa plus grande valeur (is = 200mA) et la tension d'entrée est maximale aussi (Ve = Vemax = 24V).

La tension Vce aux bornes du transistor vaut alors Ve - Vs = 24V - 11,4V = 12.6V

La puissance Ptdissipée par le transistor vaut alors : Pt = 12,6V x 200mA

Pt = 2,52W

la diode zener transistor ballast serie 2

Il est impératif de monter le transistor sur un radiateur de quelques cm de côté.

Le transistor pourra être un BD237, un BD139, etc.

Ampli hifi Pioneer SA 506 schema 0 Ampli hifi Pioneer SA 506 : schéma la resistance description et definition 0 La résistance: Description et définition la resistance mise en pratique 0 La résistance: Mise en pratique la resistance le code des couleurs 0 La résistance: Le code des couleurs les portes logiques de base electronique binaire 0 Les portes logiques de base : électronique binaire la resistance pont diviseur de tension 0 La résistance: Pont diviseur de tension la resistance limitation de courant 0 La résistance: Limitation de courant la resistance association en serie et parallele 0 La résistance: Association en série et parallèle
ALIABDEL96
Le 28 sept. 2011 13:22

MERCI POUR TOUT

nina67 Nina67
Le 6 sept. 2012 09:39

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
Le 18 déc. 2013 16:31

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
Le 18 déc. 2013 16:40

bien merci a vous pour ces belles explications

Mosesgoble
Le 20 sept. 2014 10:14

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

nina67 Nina67
Le 22 sept. 2014 08:45

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 Jean-Marc-Atzemopoulos
Le 24 août 2016 09:05

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 Nina67
Le 24 août 2016 15:09

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 Jean-Marc-Atzemopoulos
Le 24 août 2016 19:00

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 Nina67
Le 26 août 2016 07:02

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