Analyse d'un Régulateur de Tension à Diode Zener

Contexte : La Régulation de TensionProcessus permettant de maintenir une tension constante aux bornes d'une charge, malgré les variations de la tension d'entrée ou du courant consommé..

Dans de nombreux systèmes électroniques, il est crucial de fournir une tension stable aux composants sensibles, même si la source d'alimentation (comme une batterie ou un adaptateur secteur) fluctue. [Image of zener diode circuit schematic] Dans cet exercice, nous allons dimensionner et analyser un régulateur de tension shunt basique utilisant une Diode ZenerType spécial de diode conçue pour permettre au courant de circuler "à l'envers" lorsqu'une tension inverse précise, appelée tension Zener, est atteinte.. Vous apprendrez à calculer les courants, les tensions et la puissance dissipée pour garantir le bon fonctionnement du circuit.

Remarque Pédagogique : Cet exercice est fondamental en électronique analogique. Il permet de comprendre comment exploiter la zone de "claquage" inverse d'une diode, une zone habituellement évitée avec les diodes classiques, pour créer une référence de tension stable.

Objectifs Pédagogiques

Comprendre le principe de fonctionnement d'une diode Zener en polarisation inverse.
Savoir déterminer l'état (passant ou bloqué) de la diode Zener dans un circuit.
Calculer les courants dans les différentes branches (source, Zener, charge).
Vérifier les limites de puissance pour éviter la destruction des composants.

Données de l'étude

On considère le circuit régulateur de tension représenté ci-dessous. Le but est de maintenir une tension de 12V aux bornes de la résistance de charge \(R_{\text{L}}\).

Fiche Technique des Composants

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Tension d'entrée (Source DC)	\(V_{\text{in}}\)	20	V
Résistance série de protection	\(R_{\text{S}}\)	220	Ω
Tension Zener (nominale)	\(V_{\text{Z}}\)	12	V
Puissance max. de la Zener	\(P_{\text{Z,max}}\)	1.0	W
Résistance de charge	\(R_{\text{L}}\)	1.0	kΩ

Schéma du Régulateur Zener

Questions à traiter

Vérifier si la diode Zener est active (test du circuit ouvert).
Calculer le courant traversant la charge (\(I_{\text{L}}\)) et la tension de sortie.
Calculer le courant source (\(I_{\text{S}}\)) et en déduire le courant Zener (\(I_{\text{Z}}\)).
Calculer la puissance dissipée par la diode Zener et vérifier sa sécurité.
Déterminer la tension d'entrée minimale (\(V_{\text{in,min}}\)) pour assurer la régulation.

Rappels : La Diode Zener

Contrairement à une diode classique qui bloque le courant en inverse, la diode Zener est conçue pour conduire en inverse dès que la tension à ses bornes atteint une valeur seuil précise : la tension Zener \(V_{\text{Z}}\).

Modèle simplifié (Zone de claquage) :
Lorsque la diode Zener conduit en inverse, elle se comporte comme une source de tension idéale de valeur \(V_{\text{Z}}\). \[ U_{\text{diode}} = V_{\text{Z}} \quad \text{(si } I_{\text{Z}} > 0 \text{)} \]

Loi des nœuds (Kirchhoff) :
Le courant total fourni par la source se divise entre la diode Zener et la charge. \[ I_{\text{S}} = I_{\text{Z}} + I_{\text{L}} \]

Correction : Analyse d'un Régulateur de Tension à Diode Zener

Question 1 : Vérification de l'état de la Zener

Principe

Pour savoir si le régulateur fonctionne, il faut vérifier si la tension fournie par le circuit "à vide" (sans la diode) est suffisante pour déclencher l'effet Zener. Si cette tension est inférieure à \(V_{\text{Z}}\), la diode reste un interrupteur ouvert.

Mini-Cours

Le Théorème de Thévenin nous permet de simplifier le circuit vu par la diode Zener. En "retirant" mentalement la diode, le circuit se résume à un diviseur de tension formé par \(R_{\text{S}}\) et \(R_{\text{L}}\). La tension obtenue est appelée tension de Thévenin (\(V_{\text{th}}\)).

Remarque Pédagogique

C'est l'erreur la plus courante : supposer directement que \(V_{\text{out}} = 12V\). Il faut toujours prouver que la diode conduit avant d'utiliser sa tension nominale dans les calculs.

Normes

Les diodes Zener sont définies par la norme IEC 60747. Dans les fiches techniques (datasheets), la tension \(V_{\text{Z}}\) est garantie pour un courant de test spécifique (\(I_{\text{ZT}}\)). Ici, nous utilisons un modèle idéal simplifié.

Formule(s)

Diviseur de tension (Tension de Thévenin)

V_{\text{th}} = V_{\text{in}} \times \frac{R_{\text{L}}}{R_{\text{S}} + R_{\text{L}}}

Condition de conduction

\text{Zener ON si } V_{\text{th}} \ge V_{\text{Z}}

Hypothèses

On suppose que la source de tension \(V_{\text{in}}\) est idéale (résistance interne nulle) et que les résistances sont linéaires. La diode Zener est considérée comme idéale (coude franc à \(V_{\text{Z}}\)).

Donnée(s)

Paramètre	Symbole	Valeur
Tension d'entrée	\(V_{\text{in}}\)	20 V
Résistance Série	\(R_{\text{S}}\)	220 Ω
Résistance Charge	\(R_{\text{L}}\)	1000 Ω
Tension Zener	\(V_{\text{Z}}\)	12 V

Astuces

Si vous avez un doute, calculez \(V_{\text{th}}\). Si \(V_{\text{th}} < V_{\text{Z}}\), alors \(V_{\text{out}} = V_{\text{th}}\) et \(I_{\text{Z}} = 0\). Si \(V_{\text{th}} \ge V_{\text{Z}}\), alors \(V_{\text{out}} = V_{\text{Z}}\) et \(I_{\text{Z}} > 0\).

Schéma (Avant les calculs)

Visualisons le circuit "à vide" pour le calcul de \(V_{\text{th}}\). La diode Zener est retirée.

Circuit équivalent (Sans Zener)

Calcul(s)

Application numérique :

En remplaçant les symboles par les valeurs numériques de l'énoncé (\(V_{\text{in}}=20V\), \(R_{\text{L}}=1000\Omega\), \(R_{\text{S}}=220\Omega\)), nous effectuons le calcul suivant :

\begin{aligned} V_{\text{th}} &= 20 V \times \frac{1000 \, \Omega}{220 \, \Omega + 1000 \, \Omega} \\ &= 20 \times \frac{1000}{1220} \\ &= 20 \times 0.81967... \\ &\approx 16.39 V \end{aligned}

Le résultat de ce calcul nous donne la tension théorique au point de connexion si la diode n'était pas présente.

Il faut maintenant comparer cette tension calculée à la tension de seuil de la diode Zener (\(V_{\text{Z}} = 12V\)) pour déterminer si elle s'active :

16.39 V > 12 V \quad (\Rightarrow V_{\text{th}} > V_{\text{Z}})

Schéma (Après les calculs)

La condition est remplie, nous pouvons remplacer la Zener par son modèle équivalent (une source de tension de 12V).

Circuit Équivalent en Régulation

Réflexions

Puisque la tension "à vide" (16.39V) est supérieure à la tension de claquage (12V), la diode Zener va entrer en conduction et forcer la tension à ses bornes à redescendre à 12V. Le régulateur fonctionne correctement.

Points de vigilance

Attention : Si \(R_{\text{L}}\) est trop petite (courant de charge trop fort), \(V_{\text{th}}\) pourrait descendre en dessous de 12V. Dans ce cas, la régulation s'arrête ("décrochage") et la tension de sortie s'écroule.

Points à retenir

Pour qu'une Zener régule, il faut que le circuit lui fournisse une tension au moins égale à \(V_{\text{Z}}\).
Le test du "circuit ouvert" (Open Circuit Test) est la méthode standard pour vérifier cela.

Le saviez-vous ?

Le terme "Zener" vient de Clarence Zener qui a découvert l'effet de claquage électrique en 1934. Curieusement, pour les tensions supérieures à 5.6V (comme notre 12V), c'est physiquement l'effet d'avalanche qui prédomine, mais on continue de les appeler diodes "Zener" par habitude !

FAQ

Résultat Final

La diode Zener est passante (ON). La tension de sortie est régulée à 12V.

A vous de jouer

Si la résistance de charge \(R_{\text{L}}\) était de seulement \(100 \, \Omega\) au lieu de \(1 \, k\Omega\), quelle serait la tension \(V_{\text{th}}\) ? La Zener conduirait-elle ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse Q1 : Test \(V_{\text{th}} = V_{\text{in}} \cdot R_{\text{L}}/(R_{\text{S}}+R_{\text{L}})\). Si \(V_{\text{th}} > V_{\text{Z}}\) \(\rightarrow\) Régulation OK.

Question 2 : Courant de charge et Tension de sortie

Principe

Maintenant que nous savons que la régulation est active (grâce à la question 1), la diode Zener impose sa tension de claquage aux bornes du circuit parallèle. La charge \(R_{\text{L}}\) se retrouve donc soumise à une tension constante, égale à \(V_{\text{Z}}\).

Mini-Cours

Loi d'Ohm : Pour un conducteur ohmique, \(I = U / R\). Ici, \(U\) est la tension régulée aux bornes de la charge et \(R\) est la résistance de charge elle-même.

Remarque Pédagogique

C'est la fonction première d'un régulateur : fournir une tension fixe. Peu importe que l'entrée soit à 20V, 25V ou 30V, tant que le régulateur fonctionne, la charge "voit" toujours 12V et consomme donc un courant constant.

Normes

En pratique, la tension Zener a une tolérance (ex: 12V \(\pm 5\%\)) et varie légèrement avec le courant (résistance dynamique). Ici, nous utilisons un modèle idéal.

Formule(s)

Courant dans la charge

I_{\text{L}} = \frac{V_{\text{out}}}{R_{\text{L}}}

Hypothèses

La résistance de charge est supposée constante et purement résistive. La tension Zener est considérée parfaitement stable.

Donnée(s)

Paramètre	Valeur
Tension de sortie (\(V_{\text{out}}\))	\(12 V\)
Résistance charge (\(R_{\text{L}}\))	\(1000 \, \Omega\)

Astuces

Convertissez toujours les k\(\Omega\) en \(\Omega\) (1 k\(\Omega\) = 1000 \(\Omega\)) pour obtenir le résultat en Ampères, puis convertissez en mA si nécessaire. Cela évite les erreurs d'ordre de grandeur.

Schéma (Avant les calculs)

Branche de charge isolée avec la tension imposée.

Calcul(s)

Calcul du courant \(I_{\text{L}}\)

On applique la loi d'Ohm :

\begin{aligned} I_{\text{L}} &= \frac{V_{\text{out}}}{R_{\text{L}}} \end{aligned}

Or, la diode Zener est passante, donc :

V_{\text{out}} = V_{\text{Z}} = 12 V

En substituant les valeurs numériques, nous obtenons :

\begin{aligned} I_{\text{L}} &= \frac{12 V}{1000 \, \Omega} \\ &= 0.012 A \\ &= 12 mA \end{aligned}

Le courant traversant la charge est donc de 12 milliampères. C'est un courant constant tant que la régulation fonctionne.

Schéma (Après les calculs)

Le courant de charge est maintenant connu et quantifié.

Réflexions

12 mA est un courant relativement faible, typique pour alimenter un petit circuit de commande, un microcontrôleur en veille ou une LED témoin.

Points de vigilance

Ne confondez pas \(I_{\text{L}}\) (courant consommé par l'utilisateur/charge) et \(I_{\text{Z}}\) (courant traversant la diode Zener). Ce sont deux branches distinctes en parallèle.

Points à retenir

Tant que la régulation fonctionne, \(I_{\text{L}}\) est constant.
\(I_{\text{L}}\) ne dépend que de \(V_{\text{Z}}\) et \(R_{\text{L}}\), pas de \(V_{\text{in}}\).

Le saviez-vous ?

Dans les régulateurs modernes intégrés (type LDO), le principe est différent : on utilise un transistor en série pour ajuster la tension, ce qui est plus efficace énergétiquement que ce montage Zener "shunt".

FAQ

Résultat Final

Le courant dans la charge est de 12 mA.

A vous de jouer

Quelle serait la puissance utile dissipée par la charge \(P_{\text{L}}\) ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse Q2 : \(I_{\text{L}} = V_{\text{Z}} / R_{\text{L}}\). Le courant charge est constant.

Question 3 : Courants Source et Zener

Principe

Le courant total \(I_{\text{S}}\) est imposé par la différence de tension aux bornes de la résistance série \(R_{\text{S}}\). Une fois ce courant calculé, on applique la loi des nœuds au point de jonction : le courant total se divise entre la charge et la Zener. Ce qui n'est pas consommé par la charge doit forcément traverser la diode Zener.

Mini-Cours

Loi des Nœuds (Kirchhoff) : La somme des courants entrants dans un nœud est égale à la somme des courants sortants. Ici, au nœud cathode de la Zener : \(I_{\text{S}} = I_{\text{Z}} + I_{\text{L}}\).

Remarque Pédagogique

La diode Zener agit comme une "soupape de trop-plein". Elle évacue tout le courant excédentaire pour empêcher la tension de monter au-delà de 12V.

Normes

Les résistances comme \(R_{\text{S}}\) ont une limite de puissance (souvent 1/4W ou 1/2W). Il faudra vérifier si \(R_{\text{S}}\) supporte \(I_{\text{S}}\).

Formule(s)

Courant Source

I_{\text{S}} = \frac{V_{\text{in}} - V_{\text{Z}}}{R_{\text{S}}}

Courant Zener

I_{\text{Z}} = I_{\text{S}} - I_{\text{L}}

Hypothèses

On néglige les courants de fuite et on suppose que la tension Zener reste strictement à 12V quelle que soit la valeur du courant \(I_{\text{Z}}\) (modèle idéal).

Donnée(s)

Paramètre	Valeur
\(V_{\text{in}}\)	20 V
\(V_{\text{Z}}\)	12 V
\(R_{\text{S}}\)	220 Ω

Astuces

Calculez \(I_{\text{S}}\) en premier. C'est le courant total "disponible" fourni par l'alimentation. \(I_{\text{Z}}\) n'est qu'une résultante.

Schéma (Avant les calculs)

Visualisation des courants au nœud principal (Loi de Kirchhoff).

Calcul(s)

1. Courant total (Source) \(I_{\text{S}}\)

La résistance \(R_{\text{S}}\) voit à ses bornes la différence de potentiel entre l'entrée (\(V_{\text{in}}\)) et la sortie (\(V_{\text{Z}}\)). Selon la loi d'Ohm, le courant total s'exprime par :

\begin{aligned} I_{\text{S}} &= \frac{U_{R_{\text{S}}}}{R_{\text{S}}} = \frac{V_{\text{in}} - V_{\text{Z}}}{R_{\text{S}}} \quad \\ &= \frac{20 V - 12 V}{220 \, \Omega} \\ &= \frac{8 V}{220 \, \Omega} \\ &\approx 0.03636 A \\ &= 36.4 mA \end{aligned}

Nous obtenons un courant total de source d'environ 36.4 mA. C'est le courant total débité par la source d'alimentation.

2. Courant Zener \(I_{\text{Z}}\)

Selon la loi des nœuds (Loi de Kirchhoff), le courant total \(I_{\text{S}}\) se sépare en \(I_{\text{L}}\) et \(I_{\text{Z}}\). Nous pouvons donc isoler \(I_{\text{Z}}\) :

\begin{aligned} I_{\text{S}} &= I_{\text{Z}} + I_{\text{L}} \\ \Rightarrow I_{\text{Z}} &= I_{\text{S}} - I_{\text{L}} \\ &= 36.4 mA - 12 mA \\ &= 24.4 mA \end{aligned}

La diode Zener absorbe donc le surplus de courant, soit 24.4 mA.

Schéma (Après les calculs)

Les valeurs sont distribuées dans le circuit.

Réflexions

On observe que la diode Zener consomme plus de courant (24.4 mA) que la charge utile (12 mA) ! Ce type de régulateur a un faible rendement car beaucoup d'énergie est dissipée inutilement dans la diode pour maintenir la tension.

Points de vigilance

Attention aux unités ! Si vous mélangez Ampères et milliampères dans une soustraction, le résultat sera faux. Convertissez tout en Ampères (0.0364 A - 0.012 A) ou tout en mA (36.4 mA - 12 mA).

Points à retenir

\(I_{\text{S}}\) dépend de \(V_{\text{in}}\).
\(I_{\text{L}}\) est constant.
\(I_{\text{Z}}\) est la variable d'ajustement qui absorbe toutes les variations.

Le saviez-vous ?

C'est ce qu'on appelle un régulateur "shunt" (parallèle). Les régulateurs "série" sont plus efficaces car ils bloquent le courant superflu au lieu de le dériver à la masse.

FAQ

Résultat Final

Courant source : 36.4 mA. Courant Zener : 24.4 mA.

A vous de jouer

Que se passerait-il pour \(I_{\text{Z}}\) si on débranchait totalement la charge \(R_{\text{L}}\) (courant \(I_{\text{L}} = 0\)) ? Calculez la nouvelle valeur de \(I_{\text{Z}}\).

Mini Fiche Mémo

Synthèse Q3 : \(I_{\text{Z}} = I_{\text{S}} - I_{\text{L}}\). La Zener équilibre le circuit.

Question 4 : Puissance et Sécurité

Principe

Tout composant électrique traversé par un courant s'échauffe. Pour garantir la fiabilité du montage, il faut vérifier que la puissance dissipée par la diode Zener reste inférieure à sa limite maximale constructeur (\(P_{\text{Z,max}}\)).

Mini-Cours

Puissance électrique : Pour un dipôle en courant continu, \(P = U \times I\). L'unité est le Watt (W).

Remarque Pédagogique

En ingénierie, on applique souvent un "coefficient de sécurité". On évite d'utiliser un composant à 100% de sa capacité. Une marge de 50% ou 25% est courante pour augmenter la durée de vie.

Normes

La valeur \(P_{\text{Z,max}}\) est donnée pour une température ambiante standard (souvent 25°C). Si il fait chaud dans le boîtier, cette limite diminue (derating).

Formule(s)

Puissance Zener

P_{\text{Z}} = V_{\text{Z}} \times I_{\text{Z}}

Critère de sécurité

P_{\text{Z}} < P_{\text{Z,max}}

Hypothèses

On considère le régime permanent calculé à la question 3. On néglige l'échauffement dû aux variations transitoires.

Donnée(s)

Paramètre	Valeur
\(V_{\text{Z}}\)	12 V
\(I_{\text{Z}}\) (calculé)	0.0244 A
\(P_{\text{Z,max}}\)	1.0 W

Astuces

Le "pire cas" (worst case) thermique pour la Zener est souvent quand la charge est déconnectée (\(I_{\text{L}}=0\)). C'est là que le courant Zener est maximal (\(I_{\text{Z}} = I_{\text{S}}\)). C'est ce cas qu'il faut tester pour la sécurité absolue.

Calcul(s)

Calcul de la puissance dissipée actuelle

La puissance dissipée sous forme de chaleur par la diode est le produit de la tension à ses bornes et du courant qui la traverse (Loi de Joule pour un dipôle actif).

\begin{aligned} P_{\text{Z}} &= V_{\text{Z}} \times I_{\text{Z}} \\ &= 12 V \times 24.4 mA \end{aligned}

On convertit en unités SI pour le calcul final :

\begin{aligned} P_{\text{Z}} &= 12 V \times 0.0244 A \\ &= 0.2928 W \\ &\approx 293 mW \end{aligned}

La puissance réelle dissipée est donc d'environ 293 mW (milliwatts).

Vérification

Enfin, nous comparons cette valeur à la puissance maximale admissible (\(P_{\text{Z,max}}\)) donnée dans la fiche technique (1.0 W) pour vérifier la sécurité du composant :

0.293 W < 1.0 W \quad \text{(OK)}

Schéma (Pire Cas)

Illustration du cas critique où la charge est absente (circuit ouvert). Tout le courant source passe dans la Zener.

Réflexions

La diode fonctionne à environ 30% de sa capacité maximale. C'est une marge de sécurité très confortable.

Points de vigilance

Ne jamais oublier de vérifier aussi la puissance dissipée par la résistance \(R_{\text{S}}\) ! Elle encaisse la chute de tension \(V_{\text{in}} - V_{\text{Z}}\).

Points à retenir

Un régulateur Zener chauffe même (et surtout) quand on ne l'utilise pas (charge déconnectée).
Le dimensionnement en puissance est aussi important que le dimensionnement en tension.

Le saviez-vous ?

Une diode Zener qui surchauffe et grille se met généralement en court-circuit. Cela a l'avantage de protéger la charge (0V en sortie), mais cela grille souvent la résistance série ou l'alimentation en amont.

FAQ

Résultat Final

Puissance dissipée : 293 mW. Le montage est sûr.

A vous de jouer

Calculez la puissance dissipée dans le "pire cas" (charge déconnectée, \(I_{\text{L}}=0\)).

Mini Fiche Mémo

Synthèse Q4 : Toujours vérifier \(P < P_{\text{max}}\). Pire cas = charge absente.

Question 5 : Tension d'entrée minimale (Dropout)

Principe

Si la tension d'entrée \(V_{\text{in}}\) baisse, le courant \(I_{\text{S}}\) diminue. Il arrive un point critique où \(I_{\text{S}}\) est juste suffisant pour alimenter la charge \(I_{\text{L}}\), et il ne reste plus rien pour la diode Zener (\(I_{\text{Z}} = 0\)). En dessous de ce seuil, la diode se bloque et la tension de sortie chute : c'est la perte de régulation.

Mini-Cours

Dropout : C'est la différence de tension minimale entre l'entrée et la sortie nécessaire au fonctionnement. Ici, c'est la chute de tension dans \(R_{\text{S}}\) quand \(I_{\text{S}} = I_{\text{L}}\).

Remarque Pédagogique

En réalité, il faut garder un petit courant \(I_{\text{Z,min}}\) (quelques mA) dans la Zener pour rester dans la partie verticale de sa courbe caractéristique et assurer une bonne régulation. Notre calcul idéal donne la limite absolue.

Normes

Dans les datasheets, on cherche le \(I_{\text{ZK}}\) (Zener Knee Current), le courant de coude où la régulation commence.

Formule(s)

Condition limite (Idéale)

I_{\text{S}} = I_{\text{L}} \quad (\text{car } I_{\text{Z}} = 0)

Loi des mailles à la limite

V_{\text{in,min}} = V_{\text{Z}} + R_{\text{S}} \times I_{\text{L}}

Hypothèses

On suppose le cas idéal où la diode régule jusqu'à \(I_{\text{Z}} = 0A\). Dans la pratique, il faudrait ajouter une marge de quelques volts.

Donnée(s)

Paramètre	Valeur
\(V_{\text{Z}}\)	12 V
\(I_{\text{L}}\)	12 mA (0.012 A)
\(R_{\text{S}}\)	220 Ω

Astuces

Imaginez que \(R_{\text{S}}\) et \(R_{\text{L}}\) forment un diviseur de tension qui donne *exactement* 12V sans la Zener. C'est le point de bascule précis.

Calcul(s)

La limite de fonctionnement du régulateur est atteinte lorsque la diode Zener cesse juste de conduire, c'est-à-dire quand \(I_{\text{Z}} = 0\). À ce moment critique, le courant fourni par la source est exactement égal au courant demandé par la charge (\(I_{\text{S}} = I_{\text{L}}\)).

Nous écrivons l'équation de la maille d'entrée en tenant compte de ces conditions :

\begin{aligned} V_{\text{in,min}} &= V_{\text{Z}} + U_{R_{\text{S}},\text{min}} \end{aligned}

En appliquant la loi d'Ohm sur \(R_{\text{S}}\) :

\begin{aligned} V_{\text{in,min}} &= V_{\text{Z}} + (R_{\text{S}} \times I_{\text{S,min}}) \end{aligned}

Puisque \(I_{\text{Z}} = 0\), alors tout le courant source va dans la charge (\(I_{\text{S,min}} = I_{\text{L}}\)), donc :

\begin{aligned} V_{\text{in,min}} &= V_{\text{Z}} + (R_{\text{S}} \times I_{\text{L}}) \\ &= 12 V + (220 \, \Omega \times 0.012 A) \\ &= 12 V + 2.64 V \\ &= 14.64 V \end{aligned}

Cela signifie que la tension d'entrée ne doit jamais descendre en dessous de 14.64 V, sinon la tension de sortie ne sera plus maintenue à 12 V.

Schéma (Limite)

À 14.64V, la diode est juste à la frontière entre bloquée et passante. Le courant ne circule plus dans la branche Zener.

Réflexions

Le circuit nécessite au moins 14.64V en entrée pour garantir 12V en sortie. Si \(V_{\text{in}}\) fluctue entre 15V et 25V, c'est bon. Si elle descend à 13V, le régulateur ne sert plus à rien et la sortie sera simplement \(V_{\text{in}} \times \frac{R_{\text{L}}}{R_{\text{S}}+R_{\text{L}}}\).

Points de vigilance

Si \(I_{\text{L}}\) augmente (résistance de charge plus faible), ce seuil \(V_{\text{in,min}}\) augmente aussi ! Le régulateur décroche plus vite si on lui demande plus de courant.

Points à retenir

Un régulateur a toujours besoin d'une tension d'entrée supérieure à la sortie.
La différence de tension est "perdue" mais nécessaire au fonctionnement.

FAQ

Résultat Final

Tension d'entrée minimale : 14.64 V.

A vous de jouer

Si on veut que le régulateur fonctionne dès 13V, quelle valeur maximale doit prendre \(R_{\text{S}}\) ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse Q5 : \(V_{\text{in,min}} = V_{\text{out}} + R_{\text{S}} I_{\text{charge}}\).

Simulateur Interactif Zener

Modifiez la tension d'entrée (\(V_{\text{in}}\)) et la résistance de charge (\(R_{\text{L}}\)) pour voir comment le régulateur réagit. Observez le "coude" où la régulation commence.

Paramètres d'Entrée

Tension d'entrée \(V_{\text{in}}\) (V) 20 V

Résistance Charge \(R_{\text{L}}\) (\(\Omega\)) 1000 \(\Omega\)

Résultats Clés

Tension Sortie (\(V_{\text{out}}\)) -

Courant Zener (\(I_{\text{Z}}\)) -

Puissance Zener (\(P_{\text{Z}}\)) -

Glossaire

Diode Zener: Composant semi-conducteur conçu pour fonctionner dans la zone de claquage inverse, maintenant une tension stable à ses bornes.
Tension de claquage (\(V_{\text{Z}}\)): Tension précise à laquelle la diode Zener commence à conduire fortement en inverse.
Régulation de charge: Capacité du régulateur à maintenir une tension constante lorsque le courant consommé par la charge varie.
Tension de déchet (Dropout): Différence minimale nécessaire entre la tension d'entrée et la tension de sortie pour que la régulation soit effective.

Analyse d’un Régulateur de Tension à Diode Zener

Objectifs Pédagogiques

Données de l'étude

Fiche Technique des Composants

Schéma du Régulateur Zener

Questions à traiter

Rappels : La Diode Zener

Correction : Analyse d'un Régulateur de Tension à Diode Zener

Question 1 : Vérification de l'état de la Zener

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Avant les calculs)

Circuit équivalent (Sans Zener)

Calcul(s)

Schéma (Après les calculs)

Circuit Équivalent en Régulation

Réflexions

Points de vigilance

Points à retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Résultat Final

A vous de jouer

Mini Fiche Mémo

Question 2 : Courant de charge et Tension de sortie

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Avant les calculs)

Calcul(s)

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Points de vigilance

Points à retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Résultat Final

A vous de jouer

Mini Fiche Mémo

Question 3 : Courants Source et Zener

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Schéma (Avant les calculs)

Calcul(s)

Schéma (Après les calculs)

Réflexions

Points de vigilance

Points à retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Résultat Final

A vous de jouer

Mini Fiche Mémo

Question 4 : Puissance et Sécurité

Principe

Mini-Cours

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Calcul(s)