Le régulateur à diode Zener
Une diode Zener conduit en inverse dès que la tension atteint sa tension Zener Vz, puis maintient cette tension presque constante. Avec une résistance en série, elle forme le régulateur de tension le plus simple : la résistance absorbe l’excès de tension et la Zener dérive le courant que la charge ne consomme pas.
Dimensionner la résistance
La résistance doit laisser passer le courant de charge plus un courant Zener minimal, même à la tension d’entrée la plus basse :
R = (Ve min − Vz) ÷ (I charge + I Zener min)
Le courant Zener minimal maintient la diode dans sa zone de régulation ; 5 mA, ou environ 10 % du courant maximal, est un choix courant.
Exemple
De 12 V à 5,1 V, pour une charge de 20 mA et un courant Zener minimal de 5 mA :
- R = (12 − 5,1) ÷ 0,025 = 276 Ω ; prenez la valeur normalisée inférieure, 270 Ω ;
- puissance dans la résistance : 6,9² ÷ 276 ≈ 0,17 W : une résistance de 0,25 W, ou mieux 0,5 W ;
- pire cas pour la Zener, charge débranchée : les 25 mA la traversent, soit 5,1 × 0,025 ≈ 0,13 W, bien en dessous de 0,5 W.
Vérifier les cas extrêmes
- Entrée minimale, charge maximale : le courant Zener doit rester au-dessus du minimum, sinon la sortie chute.
- Entrée maximale, sans charge : le courant et la dissipation de la Zener sont maximaux. Calculez-les avec la tension d’entrée la plus haute.
- Déclassez la puissance de la Zener à haute température, souvent de moitié.
Limites du régulateur Zener
- Il gaspille de l’énergie : tout le courant traverse la résistance en permanence.
- La tension de sortie varie un peu avec le courant et la température (résistance dynamique et coefficient de température de la Zener).
- Au-delà de quelques dizaines de milliampères, un régulateur intégré (78xx, LDO) ou un convertisseur à découpage est plus efficace et plus précis.
Le montage Zener reste utile pour les références de tension, l’écrêtage, la protection contre les surtensions et la polarisation de petits circuits.