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 V_RRM 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:

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

Caractéristiques d la diode Zener

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 V_Z (en réalité U_Z varie très peu). Il faut que E>V_Z si non aucun courant ne passe dans ce circuit.
I_m est l'intensité minimale au-dessous de laquelle la tension Zener n'est plus stabilisée. I_M est l'intensité maximale au-dessus de laquelle on risque une destruction de la diode par échauffement de la diode par échauffement I_m<I_Z<I_M.

Caractéristique de choix

Le constructeur donne généralement deux valeurs:

• La puissance maximale qui peut dissiper la Zener: P_M=V_Z.I_M
• La tension Zener V_Z

Etude des montages à diode Zener

K ouvert calcul de R_P

La valeur limite de R_P qui provoquerait le courant maximal I_M sera:

Etude en charge: K est fermé

Tant que la diode fonctionne dans sa zone de claquage, le courant I_G est constant et on a: I_G=(E-V_Z)/R_P
On a également I_G=I_Z+I_C ↔ I_Z=I_G-I_C
On peut conclure que:

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

La condition de bon fonctionnement sera donc: I_C<I_M-I_m avec I_C=V_Z/R_Ch
V_Z/R_Ch < I_M-I_m ↔ V_Z < (I_M-I_m)R_Ch
R_Ch > V_Z/(I_M-I_m)

Si I_m = 5mA
R_Ch > 9/(55,55-5)x10^-3
R_Ch > 178,04 ↔ R_Ch = 220±10% - 0,5W
P_RCh = V²_Z/R_Ch = 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 U_Z augmente quand I_Z augmente. Le modèle équivalent d'une diode Zener est donc le suivant.

Influence de la température

Pour les diodes Zener U_Z<6V la tension Zener V_Z diminue quand la température augmente.
Pour les diodes Zener donc U_Z>6V la tension V_Z augmente quand la température s'élève.
On définie le coefficient de température ßV_Z=_DV_Z/_DT
_DV_Z est la variation de V_Z consécutive à une variation _DT de la température.

Etude des montages stabilisateurs réels

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

 

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