Régulateur à diode Zener
Fonctionnement :
La résistance dynamique Rz d'une diode Zener montée en inverse (anode reliée à un
potentiel plus élevé que la cathode) est faible : au-delà de la tension de seuil Uz de Zener, sa
caractéristique inverse est presque verticale (courbe tracée en rouge ; la caractéristique directe,
analogue à celle d'une diode normale, n'est pas dessinée). On peut modéliser la tension aux bornes
de la diode par la relation Vz = Uz + Rz.Iz
On utilise cette propriété pour faire des régulateurs de tension. On réalise le montage
ci-contre. E est un générateur non stabilisé, R une résistance de limitation de courant
et Ru représente la charge du montage. Les appareils de mesure utilisés sont idéaux.
La méthode la plus efficace pour analyser ce circuit consiste à remplacer E, R et Ru par le
générateur de Thévenin équivalent.
On obtient un générateur de fem
Et = E.Ru / (R + Ru), de résistance interne Rt = R.Ru / (R + Ru) qui débite dans la diode. Le point de
fonctionnement du montage est donné par l'intersection de la droite de charge (en cyan) du générateur
avec la caractéristique de la diode. La droite de charge coupe l'axe horizontal pour Vz = Et et l'axe
vertical pour Iz = Et / Rt.
L'applet :
Animation : Le générateur est un redresseur filtré par un
condensateur : la tension E (barre verte) varie avec le temps. La droite de charge se déplace mais comme Rt est constant,
sa pente est constante. Comme Rz est faible, Vz varie peu : la tension aux bornes de la charge est pratiquement constante.
Amont : On étudie la stabilisation en fonction des variations de la tension E. La régulation
fonctionne si Et est supérieure à Uz c'est-à-dire si le courant Iz n'est pas nul. Si la tension
d'alimentation est trop faible, il n'y a plus régulation.
Avec la souris glisser le curseur pour faire varier la valeur de E.
Aval : On étudie la stabilisation en fonction des variations de la charge. Si on modifie la charge, la
pente de la droite de charge varie. Pour des charges trop faibles Et devient inférieur à Uz :
il n'y a plus de régulation.
Avec la souris glisser le curseur pour faire varier la valeur de Ru.
La puissance Pz = Vz.Iz dissipée dans la diode doit rester inférieure à sa puissance nominale.
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