Diode zéner

Une diode zéner est une diode conçue pour être utilisée dans la zone cerclée.

On utilisera donc la diode polarisée en inverse. La tension zéner (celle que l'on a alors) est basse, en gros entre 2V et 15V. La tension est assez basse et la puissance dissipée est suffisamment faible pour qu'il n'y ait pas de problèmes. Sur la caractéristique on voit que des fortes variations de courant provoquent de faibles variations de tension. La zéner peut donc être utilisée comme régulateur de tension.

Les diodes les plus stables vis à vis de la température on des tensions de l'ordre de 6V. En dessous le coude est aussi moins prononcée.

Le schéma d'une zéner est le suivant:

Régulation de tension simple

Si on a une tension de 12V et que l'on a besoin d'une tension plus basse, par exemple de 5V, on peut utiliser le montage suivant:

Dans ce montage on suppose une zéner de 5V (en fait il existe des zéner de 4,7V ou de 5,1V), en première approximation, on va considérer que la tension aux bornes de la zéner est de 5V. La résistance est donc soumise à une tension fixe de 7V et le courant la traversant est constant. Si on ne tire aucun courant sur la sortie de 5V, tout le courant de la résistance va dans la zéner. Si on tire du courant en sortie, cela fera d'autant moins dans la zéner. Le courant dans celle ci va donc varier mais la tension varie assez peu. Il faut quand même calculer le montage pour qu'il y ait toujours du courant dans la diode.

Si on avait fait le diviseur avec deux résistances, on aurait des variations de tension beaucoup plus importantes, ou bien il aurait fallu prendre un courant beaucoup plus important dans le pont et cela aurait dissipé une puissance importante. C'est l'intérêt d'utiliser une zéner.

Pour le calcul de la résistance, on doit choisir un courant plus élevé que celui de la sortie. L'inconvénient de ce montage est qu'il dissipe surtout quand il n'est pas chargé. Si on voulait entre 0 et 1A en sortie, il faudrait un courant de 1.5A par exemple dans la résistance (cela fait donc 10,5W) et à vide autant dans la zéner (7,5W). Avec un régulateur, la tension varierait moins et dissiperait au maximum 7W (quand on tire 1A en sortie). Ce montage est donc réservé aux toutes petites puissances.

Ce montage est aussi utilisé si on veut une référence de tension.

Protection des entrées

La zéner peut être utilisée pour protéger une entrée d'Arduino contre les tension excessives avec le montage suivant:

On prend une zéner de 5,1V. Tant que l'entrée est entre 0V et 5V, la zéner ne conduit pas et comme l'Arduino ne consomme que très peu de courant, la tension aux bornes de la résistance est nulle. L'Arduino voit la même tension qu'il y a en entrée. Si la tension d'entrée dépasse les 5,1V la zéner se met à conduire et va limiter la tension protégeant l'Arduino. Par contre si la tension descend trop, la zéner va être en conduction directe et la tension descendra à -0,6V et c'est hors spécifications. C'est pour cela que je recommande plutôt le montage avec optocoupleur pour protéger les entrées.

Zéner de roue libre

Voici le montage classique d'une diode de roue libre et le chemin du courant juste après le blocage du transistor. La diode de roue libre permet le passage du courant et impose à la self (L et R) une tension quasi nulle à ses bornes (0,6V si on veut être plus exact). La tension étant faible, la décroissance du courant sera lente:

Voici le même montage en rajoutant une zéner. La diode est nécessaire car sans elle, la zéner serait en direct en fonctionnement normal:

Maintenant la tension aux bornes de la bobine est égale à la tension zéner (plus une tension directe de diode) et la décroissance sera plus rapide. C'est important si l'on veut arrêter le courant au plus vite. Par contre la tension aux bornes du transistor sera plus élevée que sans zéner.