Les alimentations continues

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La stabilisation et la régulation

La tension issue du filtre a encore une ondulation assez grande, il existe donc des systèmes qui permettent de diminuer le plus possible cette ondulation et rendre la tension de sortie constante.

La diode Zener

Principe et symbolisation

Nous avons vu au chapitre précédent que si la tenson inverse aux bornes d'une diode à jonction est supérieure à VRRM le courant inverse s'accroît très rapidement. C'est le phénomène de claquage inverse.
On constate que la tension inverse aux bornes de la diode fonctionnant dans cette zone varie très peu d'où l'utilisation de cette partie de la caractéristique pour stabiliser la tension.
Une diode Zener est donc une diode à jonction spécialement conçue pour être utilisée dans la zone de claquage inverse. Son symbole est le suivant:

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Elle sera généralement polarisée en inverse dans les circuits mais elle peut aussi fonctionner en direct.

Caractéristiques d la diode Zener

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En direct, une diode Zener se comporte comme une diode ordinaire et par conséquent elles ont la même caractéristique. En inverse la diode Zener est équivalente à une source de tension constante VZ (en réalité UZ varie très peu). Il faut que E>VZ si non aucun courant ne passe dans ce circuit.
Im est l'intensité minimale au-dessous de laquelle la tension Zener n'est plus stabilisée. IM est l'intensité maximale au-dessus de laquelle on risque une destruction de la diode par échauffement de la diode par échauffement Im<IZ<IM.

Caractéristique de choix

Le constructeur donne généralement deux valeurs:

  • La puissance maximale qui peut dissiper la Zener: PM=VZ.IM
  • La tension Zener VZ

Etude des montages à diode Zener

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K ouvert calcul de RP

La valeur limite de RP qui provoquerait le courant maximal IM sera:

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Etude en charge: K est fermé

Tant que la diode fonctionne dans sa zone de claquage, le courant IG est constant et on a: IG=(E-VZ)/RP
On a également IG=IZ+IC ↔ IZ=IG-IC
On peut conclure que:

  • Le courant IZ traversant la diode diminue quand IC augmente. Ce qui arrive quand RCh. Ce qui arrive quand RCh diminue.
  • La diode Zener supporte un courant inverse maximal lorsque la charge est déconnectée (IC=0) d'où l'intérêt de faire le calcul de RP quand la charge est déconnecté ou infinie.
  • Si IC est trop élevée ceci entraîne que l'intensité IZ dans la diode risque d'être inférieur à Imin auquel cas la diode ne stabilise plus.

La condition de bon fonctionnement sera donc: IC<IM-Im avec IC=VZ/RCh
VZ/RCh < IM-Im ↔ VZ < (IM-Im)RCh
RCh > VZ/(IM-Im)

Si Im = 5mA
RCh > 9/(55,55-5)x10-3
RCh > 178,04 ↔ RCh = 220±10% - 0,5W
PRCh = V2Z/RCh = 81/220 = 0,368W

Diode Zener réelle

Modèle équivalent

Pour simplifier l'approche du problème, nous avons supposé jusqu'ici que la tension inverse restait constante sur toute l'étendue de la région de claquage. Mais en réalité, la tension UZ augmente quand IZ augmente. Le modèle équivalent d'une diode Zener est donc le suivant.

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Influence de la température

Pour les diodes Zener UZ<6V la tension Zener VZ diminue quand la température augmente.
Pour les diodes Zener donc UZ>6V la tension VZ augmente quand la température s'élève.
On définie le coefficient de température ßVZ=DVZ/DT
DVZ est la variation de VZ consécutive à une variation DT de la température.

Etude des montages stabilisateurs réels

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Deux facteurs peuvent influencer la valeur de la tension USM en aval du système les variations de la charge RC.
En amont du système, les variations de la tension E. L'influence de ces facteurs sera étudiée dans les exercices.