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Mise à jour, révisée en octobre 2016. Nous allons explorer le fonctionnement de base des diodes Zener et leur utilisation comme régulateurs de tension. Ils seront utilisés en conjonction avec des transistors bipolaires communs pour augmenter le courant de sortie et peuvent être utilisés pour les régulateurs de tension du monde réel par les étudiants et les amateurs. Ce qui suit est uniquement à titre d’information et n’est assorti d’aucune garantie.

Liés – Expériences avec le régulateur shunt TL431A un type de diode Zener variable.

Vidéo YouTube : Tutoriel sur les diodes Zener.

Une diode Zener est un dispositif à l’état solide à deux bornes qui, lorsqu’il est polarisé vers l’avant, conduira et agira comme toute autre diode au silicium. Les diodes Zener sont toujours utilisées en mode de polarisation inverse et sont conçues pour tomber en panne à une tension particulière. La figure 1 illustre une connexion de base de diode Zener.

Z1 et Rs sont en série tandis qu’une résistance de charge de 200 Ohm RL est parallèle à Z1. Notre courant total (Is) circule à travers Rs et se divise à travers Z1 (24mA) et RL (51mA). Z1, à 10,2 volts, maintient une tension constante aux bornes de RL lorsque le Vin varie dans une plage particulière. Si Vin descend à 14 volts, le courant Iz de la Zener diminue pour maintenir la tension sur RL. Si Vin augmente à disons 18 volts, alors le courant Zener Iz augmente en maintenant la tension aux bornes de RL.

À tout moment, la chute de tension aux bornes de Z1 plus Rs est toujours égale à la tension d’alimentation Vin, tandis que la tension aux bornes de RL donc IL est constante. Si Rs est trop petit un courant excessif va surchauffer Z1. Si Rs est trop grand alors il nous manque le courant minimum Iz pour maintenir la régulation de tension. Notez ce qui suit :

Is = Iz + IL = 24mA + 51mA = 75mA;Rs = VRs / Is = 5.8V / 75mA = 77 Ohms.

La question suivante devient : quelle quantité de courant ce circuit peut-il fournir à une charge ? Examinons le problème.

Dans la figure 2, nous avons un circuit de régulation à diodes Zener fonctionnant correctement à Z1 = 5,1 volts avec une alimentation de 10 volts. Mais que se passe-t-il si nous augmentons la charge de RL ? Notez que pour fonctionner correctement, nous devons maintenir une valeur minimale de Iz.

Dans la figure 3, nous avons fait chuter RL de 200 Ohms à 150 Ohms en augmentant IL. Alors que le courant total à travers Rs reste le même, une partie du courant pour Z1 (Iz) va à RL et nous sommes à la limite de l’absence de régulation de tension.

Dans la Fig. 4, RL est maintenant de 100 ohms et a pris tellement de courant à Z1 que nous n’avons plus du tout de régulation de tension. Cette configuration est presque sans valeur en tant qu’alimentation en soi, sauf pour les faibles courants. C’est pourquoi nous utilisons des transistors en conjonction avec des diodes zener.

Pour contourner les limitations de puissance, nous utilisons un transistor en série. Dans la figure 5, un transistor NPN avec un Hfe ou un gain DC de 100  » multiplie  » en effet 1mA du circuit à résistance Zener à 100mA. La raison pour laquelle j’ai choisi une Zener de 5,6 volts est de compenser la chute de 0,6V à la jonction B-E de Q1. Oui, vous avez besoin du condensateur de 100uF pour assurer que l’ondulation de l’alimentation ne cause pas de problèmes. Comme nous tirons plus de courant de charge 99% du courant provient de Q1.

Dans la figure 6, nous utilisons deux transistors NPN dans une configuration Darlington pour augmenter la sortie de courant à 1 ampère à travers une charge de 12 Ohms. J’ai dû passer à une Zener de 13,2 volts pour compenser les chutes de tension aux deux jonctions B-E.

Dans la Fig. 7, nous utilisons un Darlington tel qu’un TIP120 pour augmenter la sortie de courant à 1 ampère à travers une charge de 12 Ohms.

Dans la Fig. 8, nous avons un régulateur à diode Zener pour une alimentation de polarité négative. Le transistor NPN a été remplacé par un transistor PNP, et la polarité de la diode Zener et du condensateur 100uF a été inversée. Tous les flux de courant ont également été inversés.

C’est la fin de cette introduction à la régulation de tension à base de diodes Zener.

Tutoriel : Circuits de régulation à transistors et diodes zener
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