[Exercices] Régulation par la Diode Zéner

[Rouchesta]

Bonjour à tous,

Je suis étudiant en Technologie de l'informatique. Dans mes exercices préparatoires à ma deuxième session d'examen je m'exerce en réalisant quelques exercices tirés de mon cours. N'ayant pas de corrigé je me permet de vous solliciter. Merci pour vos réponses.

L’énoncé se trouve dans l'image ci dessous :


(Précision 4 décimales)
1. Si la diode zéner est retirée, on retrouve une tension de 5.72v sur R470 et 18.27 sur R1500

2. Je calcule Itot puis les autres courants
Itot = Utot / Réq
Itot = 24v / 1970 Ohm = 0.01218 A
On sait que si la diode est présente : UR470 = 9v (Utot - Uz = UR470) et donc UR1500 vaut aussi 15v. Le courant Itot sera donc divisé en deux !
IR470 = Itot = 0.01218 A
IZ = 0.00609 A
IR1500 = 0.00609 A

3. On calcule Itot pour 40v d'entrée.
Itot = 40v / 1970 Ohm = 0.0203 A
Donc Iz_max = Itot / 2 = 0.01015 A

4. Diode 1N963B (Fiche)
Utot = 24v
Uz = 12v (Au lieu de 15v)
On recalcule nos valeurs
UR470 = 12v = UR1500
Itot = 24v / 1970 = 0.01218 A
IR1500 = IR470 / 2 = 0.00609 A = Iz
(Rien ne change ici ?)

5. Je ne sais pas comment aborder cette question ...
-----

[PIXEL]

1) oui

2) faux... tu te compliques la vie ! puisque la Z impose 15V aux bornes de R1500 , calcule le courant dans cette résistance, le reste sera absorbé par la diode.

[DAUDET78]

......il faudrait donc dans ce cas remplacé la 470 ohms par une 120 ohms minimum pour obtenir une régulation de 15 volts efficiente.

Tu lui fais son exercice complet ....ça , au moins, c'est pédagogique! Et contraire à l'esprit du forum . Evidemment, Dat44 tu sais faire, tu es le plus bon ... Bravo tu as fait une belle démonstration de ce qu'il ne faut pas répondre

[gienas]

Bonsoir à tous

Pour rappel, voici la "règle du jeu" en électronique, mais pas que:

http://forums.futura-sciences.com/el...-rappeler.html

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jack]

la stabilisation par diode zéner en technologie de l'informatique. Je trouve ça carrément futuriste en 2013

[Rouchesta]

2) faux... tu te compliques la vie ! puisque la Z impose 15V aux bornes de R1500 , calcule le courant dans cette résistance, le reste sera absorbé par la diode.

2. Je re tente ^^
Itot = 24v / 1970 Ohm = 0.01218 A
Si 15v imposé sur R1500 ... IR1500 = UR1500 / R1500 donc IR1500 = 15v / 1500 = 0.01 A ?
On sait que UR450 = 9v (loi des mailles) et IR450 = Itot = 0.01218 A
Iz = courant absorbé par la diode = Itot - IR1500 = 0.01218 A - 0.01 A = 0.00218 A ?

[Pierrre]

bonjour

Itot : non , dans ce cas a quoi sert la zener ?; le courant total est celui qui passe dans R470; la tension aux bornes de R470 est...?
Ir1500 : oui bien sur
Iz : la formule est bonne

A+

[Rouchesta]

La tension aux bornes de R470 est 9v ... et donc si je vous suis ... Itot = 9v / 470 Ohm = 19.14 mA

[Pierrre]

oui

et Iz ?

[DAT44]

Bonjour,
tu as déjà défini le courant dans la charge 0.01A, tu as défini le courant dans la resistance en série 19.14 mA il est facile de déduire le courant Iz

[Rouchesta]

Iz = IR450 - IR1500 = 0.01914 A - 0.01 A = 0.00914 A = 9.14 mA ?

[Pierrre]

Yes !!!!!!

[Rouchesta]

(Ennoncé dans le premier post de ce sujet)
1) OK
2) OK
3) Que veut dire tolérance de 5% sur les résistances ?

4) Résolution ci dessous.
On calcule Itot pour 40v d'entrée.
IR470 = Itot = 25v / 470 Ohm = 53.1 mA
IR1500 = 15v / 1500 = 10mA
Donc Iz_max = Itot - IR1500 = 53.1ma - 10mA = 43.1mA ?

5) Diode remplacée par la 1N963B
Diode 1N963B (Fiche)
Utot = 24v
Uz = 12v (Au lieu de 15v)
On recalcule nos valeurs
UR470 = 12v = UR1500
Itot = 12v / 470 = 25.5mA
IR1500 = 12v / 1500 = 8mA
Iz = Itot - IR1500 = 25.5mA - 8mA = 17.5mA ?

6) Tension non régulée de 18v à 25v, IR1500 de 1mA à 25mA.
On prend la plus haute valeur pour trouver Rmax pour que la régulation continue.
Utot = 25v
IR1500 = 25mA
-----------------
UR470 = 25v - 15v(diode) = 10v
IR470 = 15 / 470 = 32 mA = Itot
Iz = IR470 - IR1500 = 32mA - 25mA = 7mA ?

La régulation cesse ou pas ? Je vois pas comment le voir :-/

[Rouchesta]

Je traine toujours cet examen que je n'arrive pas à réussir alors me revoilà :-/

Pour la question 3 que signifie cette tolérance de 5% cela influence t-il mes calculs ?

Autre chose, dans la question 2 on dit que Iz = 9.14 mA ... Je pensais que dans ce sens la diode Zéner ne conduisait pas sauf sous le seuil de claquage. Je ne comprend pas bien pourquoi du courant passe dans cette diode.

[gienas]

Bonsoir à tous

... Pour la question 3 que signifie cette tolérance de 5% cela influence t-il mes calculs ? ...

La tolérance de 5%, que je suppose uniquement pour les résistances, signifie que chaque valeur de résistance est comprise dans une fourchette de - 5% à +5% par rapport à sa valeur nominale. Ceci signifie que chaque résistance peut "évoluer" dans cette fourchette. Quand la résistance a cette valeur affectée de sa tolérance, on suppose qu'elle garde cette valeur "quoi qu'il arrive".

Le jeu consiste à faire les calculs limites ou extrêmes, pour savoir ce qui arrivera dans les cas extrêmes.

Il faut s'habituer pour trouver, par la réflexion, quels sont les deux seuls cas limites à calculer, pour savoir ce que deviendront les courants et tensions à calculer, quand les couples de résistances réelles (tolérance appliquée), donneront les grandeurs à calculer maxi et mini.

Chacune des résistance a une "action" particulière sur le pont diviseur de tension. Il faut donc trouver les couples (R+/-tolérance) qui donneront un maxi et un mini au courant Iz.

Bien entendu, les calculs sont à faire, mais pas tous les cas. Il y a 4 couples possibles, mais l'astuce c'est de rechercher et de calculer (seulement) les deux cas extrêmes.

... Autre chose, dans la question 2 on dit que Iz = 9.14 mA ... Je pensais que dans ce sens la diode Zéner ne conduisait pas sauf sous le seuil de claquage. Je ne comprend pas bien pourquoi du courant passe dans cette diode.

Où est-ce dit? Je ne comprends pas la suite de la phrase non plus.

Peux-tu expliquer?


Édit: précisé la fourchette de tolérance.

5% signifie de - 5% à +5%. Une résistance de 100Ω peut donc varier entre 95Ω et 105Ω.

[Zenertransil]

Autre chose, dans la question 2 on dit que Iz = 9.14 mA ... Je pensais que dans ce sens la diode Zéner ne conduisait pas sauf sous le seuil de claquage. Je ne comprend pas bien pourquoi du courant passe dans cette diode.

Attention au sens des tensions! En effet, la diode conduit si V_ak > V_F (conduction directe, comme n'importe quelle diode), ou si V_ak < V_Z (propriété propre à la diode Zener).

"Sous", ça peut signifier "plus petit en norme" pour deux nombres positifs (ex : 3 est "sous" 5), ou "plus GRAND en norme" pour deux nombres négatifs (ex : -5 est "sous" -3). Donc la diode Zener conduit bien en avalanche si V_ak > V_Z. Toujours en considérant la tension Vak, ce qu'on appelle "Diode Zener 12V" a une tension de Zener de -12V. Elle conduira donc pour des tensions comme -15V ou -30V (appliquées au travers d'une résistance de limitation, bien sûr!).

Seulement dans 99,9% des cas si on utilise une diode Zener, c'est pour la faire travailler uniquement en mode avalanche... Donc on s'intéresse en fait à V_ka, et non à V_ak! Et ce parce que la diode Zener sera branchée "à l'envers" (anode au pôle le plus négatif). Et je pense que c'est de là que vient ta confusion : dire qu'elle conduit "sous" la tension d'avalanche, ça pourrait laisser penser qu'elle conduit pour V_ak = 3V ou 5V par exemple. Et non... Dans le sens d'utilisation courant, la Zener conduit pour V_ka SUPÉRIEUR à la tension d'avalanche!


Tout n'est qu'une question de référence...

[Rouchesta]

Merci pour vos réponses.

En fait je pensais que la diode Zéner se comporte comme une diode normal dans le sens normal.
Et que lorsque on la retourne (cathode exposée au courant) elle ne conduisait que sous la tension de claquage.
Sur le schéma de fonctionnement d'une diode Zéner ci-dessous ... on voit que c'est quand on a un voltage négatif que la diode conduit. Dans notre exercice on à 15v à ses bornes et donc pourquoi conduit-elle ?

[Zenertransil]

Parce qu'elle est à l'ENVERS! La tension qui est affichée, c'est V_ak, pas V_ka...

"Cathode exposée au courant" ça ne veut rien dire, car le courant peut circuler dans les deux sens. Je recommence : une diode Zener conduit si V_ak > 0,6V ou si V_ak < |V_Z| Entre les deux elle est bloquée. V_ak, c'est V_a-V_k! Ce qui signifie que la diode Zener conduit :
1) Si l'anode se trouve environ 0,6V plus haut que la cathode (conduction directe)
2) Si la cathode se trouve |V_Z| plus haut que l'anode (avalanche).

Dans ton montage l'anode est à la masse. Il faudrait donc, pour que la diode conduise, que le potentiel présent à la cathode soit :
1) plus petit ou égal à -0,6V : ce n'est pas le cas
2) supérieur à |V_Z|, c'est le cas! Admettons que |V_Z| = 15V (Ce que tu demandes à ton revendeur par "diode Zener 15V"). Anode à la masse. Si la tension appliquée à la cathode via la résistance série est plus grande que 15V, alors V_k=15V (quelle que soit Ve! C'est le courant qui traverse la résistance qui changera, pas V_k. Si la tension est plus petite que 15V, alors la Zener est bloquée et tout se passe comme si on ne l'avait pas branchée.

[Rouchesta]

2) supérieur à |VZ|, c'est le cas! Admettons que |VZ| = 15V

Dans ce cas Ve = 15v puisque 9v sont absorbés par la 1ère résistance.
Et on sait que Vz = 15v. ==> Ve = Vz dans ce cas.

On peut dire alors "supérieur ou égal à Vz" ?
Dans ce montage on aura toujours 15v imposé à Rch et 9v à R470.
Une fois que l'on passe R470, il reste 24v - 9v = 15v qui se présente sur la cathode et sur Rch.

[Rouchesta]

J'ai refait les points 3, 4, 5 et 6 ci-dessous.

3) Iz(max) = ?
On cherche le cas dans lequel le + de courant passe dans la diode.
Résistances avec 5% de marge.
Rch * 1.05 = 1575 Ohms
R1 * 0.95 = 446,5 Ohms
UR1 = 24v - 15v = 9v
URch = 24v - 9v = 15v
IR1 = 9v / 446.5 Ohms = 20 mA
IRch = 15v / 1575 Ohms = 9 mA
Donc Iz(max) = IR1 - IRch = 20 mA - 9 mA = 11 mA

4) La tension d'entrée va de 24v à 40v et on cherche Iz(max) on prend donc la valeur maximale.
Si Utot = 40v
UR1 = 40v -15v = 25v
URch = 40v - 25v = 15v (La diode impose les 15v sur Rch)
IR1 = 25v / 470 Ohms = 53,1 mA
IRch = 15v / 1500 Ohms = 10 mA
Iz(max) = 53.1 mA - 10 mA = 43.1 mA

5) 1N963B avec Uz = 12v
Utot = 24v
UR1 = 24v - 12v = 12v
URch = 24v - 12v = 12v
IR1 = 12v / 470 Ohms = 26mA
IRch = 12v / 1500 Ohms = 8mA
Iz = IR1 - IRch = 26mA - 8mA = 18mA

6) Utot de 18v à 25v et IRch de 1mA à 25mA
La régulation va-t-elle cesser dans ces conditions ?
Si oui, quel est la valeur max de la résistance à mettre en série pour l'éviter.
Je prend le cas extrême où Utot = 25v
UR1 = 25v - 15v = 10v
URch = 25v - 10v = 15v
IR1 = 10v / 470 Ohms = 21mA
IRch = 15v / 1500 Ohms = 10 mA
Iz = IR1 - Iz = 21mA - 10mA = 11mA

Quels sont les deux cas où la régulation cesse ?
> Le courant dans la diode dépasse Iz(max) - Ce n'est pas le cas ici
> La tension est en dessous de 15v ??? - ???

Comment trouver la valeur max de la résistance en série pour éviter cela ?
Je ne sais pas comment calculer Rmax dans ce cas :-/

[Antoane]

Bonsoir,

Quels sont les deux cas où la régulation cesse ?
> La tension est en dessous de 15v

Non.

Je te laisse voir avec Zenertransil pour les détails

Nota : l'unité volt, c'est un grand V : 15V - et non 15v.
Détail (dsl, je suis en forme) : 15 Ohm, et non 15 Ohms car on utilise ici le mot Ohm non pas comme l'unité mais comme son abréviation (d'où la majuscule). De même, on écrirait 15mA et non 15mAs ; mais on écrirait " des milliampères ".

[ranarama]

Nota : l'unité volt, c'est un grand V : 15V - et non 15v.

Nota de la Nota :
"le symbole commence par une majuscule si le nom dérive de celui d'une personne (exemples : « V » pour volt / Alessandro Volta, « A » pour ampère / André-Marie Ampère, « Pa » pour pascal / Blaise Pascal)
; sinon le symbole commence par une minuscule (exemples : « m » pour mètre, « s » pour seconde)."
[wikipedia]

Bon à savoir

[Rouchesta]

Le fait que la diode Zéner conduit veut dire qu'il y a régulation ???

Il n'y aurait donc pas de régulation quand ...
Vak > 0,6V
Vak < VZ

[Antoane]

Le fait que la diode Zéner conduit veut dire qu'il y a régulation ???

Il n'y aurait donc pas de régulation quand ...
Vak > 0,6V

Pas super intéressant comme situation... On veut utiliser la zener polarisée en inverse (Vka >0)

Vak < VZ

Non : Vka < Vz, c'est à dire Vak > -Vz.

Conclusion sur la tension d'alim Utot ?

Relie les messages de Zenertransil.

[Zenertransil]

Bonsoir,

Relie les messages de Zenertransil.

Tu me rassures, parce que là... Je ne vois pas ce que je peux faire de plus! J'ai cessé de répondre parce que tous les éléments ont été donnés, maintenant il faut que Rouchesta fasse sa part du boulot! Ca ne sert à rien de rabâcher 36 fois la même chose à l'écrit, on autant lire 36 fois le même message (à l'oral c'est différent).