Diode Zener

La diode Zener est une diode qui présente une tension inverse ou tension d'avalanche de valeur déterminée de 1,2 V à plusieurs centaines de volts.



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La diode Zener est une diode qui présente une tension inverse (tension Zener) ou tension d'avalanche de valeur déterminée de 1, 2 V à plusieurs centaines de volts[1]. (certaines diodes Zener comportent une troisième broche qui sert à régler la tension d'avalanche). Théoriquement une diode laisse passer le courant électrique dans un seul sens. Les diodes Zener sont conçues de manière à laisser passer le courant inverse si la tension aux limites du composant est plus élevée que le seuil d'avalanche.

Utilisation

Symbole de la diode Zener
Diode Zener de puissance

On l'utilise comme référence de tension dans les alimentations stabilisées par exemple. Elle permet aussi la protection en surtension, cependant la diode Transil lui est beaucoup supérieure en puissance absorbable.

Les propriétés électriques de cette diode ont été découvertes par le physicien américain Clarence Zener.

Caractéristique de la diode Zener : Courbe de I (Ud)
Caractéristique parfaite de la diode Zener : Courbe de I (Ud)


Symbole de la diode Zener et formes courantes du composant. Le courant inverse iZ est indiqué sur le schéma.

Les diodes Zener sont souvent utilisées pour réguler la tension dans un circuit. Quand on la connecte en inverse en parallèle avec une source de tension variable, une diode Zener devient conductrice quand la tension atteint la tension d'avalanche de la diode. Elle maintient ensuite la tension à cette valeur.

Zener diode voltage regulator.svg

Dans ce circuit, la résistance R est responsable de la chute de tension entre UIN et UOUT. La valeur de R doit satisfaire deux conditions :

  1. R doit être suffisamment petite pour que le courant qui passe dans D la maintienne en mode d'avalanche. La valeur de ce courant est donné dans la data sheet de D. A titre d'exemple, la diode Zener classique BZX79C5V6[2] (5, 6 V / 0, 5 W) possède un courant inverse recommandé de 5 mA. Si le courant qui traverse D n'est pas suffisant, alors UOUT n'est pas régulé, et vaut moins que la tension d'avalanche (ce comportement est différent de celui des tubes régulateurs de tension pour lesquels la tension de sortie serait supérieure à la tension nominale, et pourrait atteindre UIN). Lors du calcul de R, on doit tenir compte du courant qui circule dans la charge externe connectée sur UOUT (qui ne figure pas dans ce diagramme).
  2. R doit être assez grande pour que le courant qui traverse D ne la détruise pas. En notant ID le courant dans D, la tension d'avalanche VB et la puissance absorbable maximum PMAX, alors on doit avoir IDVB < PMAX.

Une diode Zener est un régulateur shunt (shunt sert à désigner la connexion en parallèle). En effet, une partie du courant qui traverse la résistance est déviée dans la diode Zener, et le reste traverse la charge. Ainsi on contrôle la tension que voit la charge en faisant passer une partie du courant issu de la source dans la diode au lieu de la charge.

Mécanismes du fonctionnement en inverse

Une diode soumise à une tension inverse conduit un courant inverse particulièrement faible, qu'on considère nul dans la pratique. Quand la tension inverse devient suffisamment grande, le champ électrique interne à la jonction P-N est tel que certaines charges électriques particulièrement énergétiques génèrent de nouvelles charges électriques par processus d'ionisation par chocs. Il y a augmentation du courant inverse par effet d'avalanche, et destruction de la diode si cet effet n'est pas limité. La diode peut ainsi laisser passer un courant important en inverse.

Si la jonction P-N est fortement dopée, la zone de charge d'espace est suffisamment fine pour permettre un effet tunnel interbande. Ainsi, la diode soumise à une tension inverse peut conduire un courant par l'effet tunnel. La tension d'apparition de l'effet tunnel est particulièrement faible si le dopage est particulièrement grand. Cette tension dépend du niveau de dopage et de la tension inverse.

Les deux mécanismes de conduction en tension inverse peuvent cœxister pour des valeurs intermédiaires de tension Uz. A titre d'exemple, la diode silicium de tension Uz de 5, 6 volts est fréquemment utilisée car l'effet tunnel et le processus d'ionisation par chocs ont une dépendance contraire avec la température. Ainsi dans ce cas, la tension Uz reste constante à 5, 6 V pour une gamme de température assez étendue, servant ainsi de référence de tension.

Notes et références

Liens externes

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