Diode zener : phénomène qui permet une tension stable

[Hephaistos38]

Bonjour à tous,

J'ai du mal à comprendre le phénomène physique qui permet à une diode Zener de conserver sa tension stable à ses bornes lorsque la tension d'alimentation qu'on applique au circuit résistance en série + diode zener augmente et que le courant qui la traverse augmente lui aussi.

Ce que je ne comprends pas c'est que sur le schéma "Zener Diode Regulator" du site http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html le courant Iz va varier lorsque la charge représentée par la résistance RL va varier. Comment avec un courant qui varie la diode conserve-t-elle sa tension stable à ses bornes ? Quel phénomène physique à l'intérieur de la diode zener permet ça ?

Pour info, quelques sources d'informations que j'ai lues :
http://www.circuitstoday.com/pn-junc...haracteristics
http://people.seas.harvard.edu/~jone...breakdown.html
http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_d'avalanche
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diode_Zener

Merci de votre aide !
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Je vous donne une lecture de plus: les pages 22 et 23 de ce fascicule

La tension reste à peu près constante car dans la zone de travail, elle dépend très peu du courant. La résistance dynamique de la diode dans cette zone est très faible.
Physiquement, un petit changement de tension donne une énorme variation de courant.

De nos jours, on n'utilise pas ces diodes pour stabiliser une tension, mais pour servir de tension de référence à un stabilisateur.
Au revoir.

[Hephaistos38]

Bonjour,

Merci pour ce document (dont tu es l'auteur visiblement !), il a l'air très intéressant et complet.
Je vais le lire en entier dès que j'aurai un peu de temps.

J'ai lu la section qui parle des diodes zener (fin de la page 23 + page 24).
Je cite (3ème paragraphe page 24) : "La tension pour laquelle ce claquage a lieu ne dépend que du matériau, du dopage et des caractéristiques géométriques de la diode. Elle peut donc servir de référence". On parle ici de la tension zener de la diode si j'ai bien compris.

Est-ce que tu pourrais m'en dire plus à ce sujet : comment courant et tension se retrouvent indépendants et comment la tension se met soudainement à devenir stable aux bornes de la diode zener ?
Je pense qu'il faut que je revoie la notion de courant et de tension pour pouvoir comprendre, ce sont des notions pas toujours faciles à appréhender.

Merci.

[obi76]

Salut,

Je vous donne une lecture de plus: les pages 22 et 23 de ce fascicule

Décidément tes fascicules m'épateront toujours...

[A voir en vidéo sur Futura]

[curieuxdenature]

comment courant et tension se retrouvent indépendants et comment la tension se met soudainement à devenir stable aux bornes de la diode zener ?

Bonjour

sur le plan technique, c'est une propriété commune à toutes les diodes, au delà d'une certaine tension inverse elle se mettent à conduire avec un effet d'avalanche qui fini par la détruire en une fraction de seconde.
Par exemple, une 1N4007 est donnée pour pouvoir supporter une tension inverse de 1000 Volts minimum, pour cette diode en particulier ce n'est pas fixé au poil de mouche près mais dans les diodes nommées comme zener on les fabrique de façon à fixer ces limites dans une fourchette bien précise, d'où le choix de zener de 6.2 V ou de 33 V, entre autres.
Autrement dit, une zener est une diode sélectionnée pour remplir la demande industrielle et qui ne sert pas de redresseur ordinaire (on peut mais c'est dommage de payer plus alors qu'il y a moins cher).

[LPFR]

...
Je pense qu'il faut que je revoie la notion de courant et de tension pour pouvoir comprendre, ce sont des notions pas toujours faciles à appréhender.
...

Bonjour.
Je pense qu'il faut dominer les notions de tension et de courant avant de pouvoir comprendre le comportement électrique d'un composant non-linéaire. Et je ne parle pas des raisons physiques de ce comportement.

Avant les semi-conducteurs, à l'époque des tubes, il y avait déjà des références de tension. C'étaient, en gros, des ampoules au néon qui ne s'allumaient que vers 65 V. Mais dont le courant augmentait aussi violement quand la tension dépassait cette valeur. Je crois me souvenir qu'il y avait aussi des références à 140 V (mais c'est loin tout ça).
Au revoir.

[DAUDET78]

Je crois me souvenir qu'il y avait aussi des références à 140 V (mais c'est loin tout ça).

Tube régulateur OA2

[LPFR]

Bonjour DAUDET78
Merci. Effectivement, rien que le nom OA2 évoque des anciens souvenirs longuement enfouis.
Au revoir.

[Hephaistos38]

Merci LPFR, je reviens sur ce post dès que j'ai lu ton fascicule. J'aurai probablement des questions à te poser !

[Hephaistos38]

Re-salut,

J'ai lu le fascicule, c'était très intéressant. En le lisant je me suis aperçu que ma question sur les diodes Zener revenait en fait à poser la même question pour les diodes classiques. Ce qui simplifie la question puisqu'on se débarrasse des histoires d'effet d'avalanche et zener et on revient à une simple jonction PN.

Donc au final, dans un circuit RD (résistance et diode en série) qu'est-ce qui fait que la tension aux bornes de la diode D classique (en silicium) (branchée en sens direct dans le circuit) reste à 0,7 V quand on applique une tension supérieure à 0,7 V au circuit RD ?

En fait, au delà de la tension de seuil de 0,7 V la résistivité de la diode est quasi nulle (sa conductivité est très élevée), elle se comporte comme un fil et laisse donc passer autant de courant que possible pour une tension identique. Bien sûr on ne peut pas la considérer comme un fil à part entière car ça reste une diode qui accepte un courant maximal au delà duquel elle peut être endommagé, mais le principe est là.

J'ai eu beaucoup de mal à séparer les phénomènes de tension et de courant dans mon esprit mais en fait ces 2 grandeurs ne sont liées que par certaines lois (loi d'Ohm entre autres) et pour certains composants.

Un autre exemple ou tension et courant ne sont pas liés c'est une pile. Une pile d'1,5 V, on peut tirer 10 mA comme 0,5 A dessus sa tension à ses bornes ne va pas se mettre à augmenter car le courant tiré augmente ! Et bien c'est pareil pour une diode, la tension reste fixe lorsque le courant augmente fortement car celle-ci n'oppose quasiment aucune résistance au passage du courant (contrairement à une résistance qui nécessite plus de tension pour faire passer plus de courant).

[LPFR]

Bonjour.
Commençons par la pile.
La tension aux bornes de la pile dépend du courant qu'on lui demande (par exemple avec la résistance que l'on place entre ses bornes). Si vous lui demandez peu de courant, la tension diminuera de très peu, par rapport à la tension en "circuit ouvert" = "à vide" = "sans rien de branché".
Mais à mesure que vous lui demandez de lus en plus de courant, la tension diminue de plus en plus et tombera carrément à zéro si vous court-circuitez la pile. Avec la pile court-circuitée le courant sera très grand (des dizaines d'ampères) pendant que la pile agonise.

Et non. Le comportement d'une diode en fonctionnement "normal" n'a strictement rien à voir avec le fonctionnement en mode avalanche ou Zener.

La tension aux bornes d'une diode dépend du courant qui y circule. Dans le sens passant la tension croit de façon logarithmique avec le courant. En gros, à la température ambiante, chaque fois que le courant double de valeur, la tension augmente de 50 mV. C'est pour cela que l'on dit que la tension est presque constante en oubliant le "presque".

Dans le sens bloquant, le courant est presque constant (et la plupart des fois négligeable). Sauf quand on arrive à la zone d'avalanche ou Zener où le courant se met à croitre exponentiellement avec la tension.
Cette fois c'est la tension qui varie peu avec le courant. Mais elle varie quand-même.
Au revoir.

[Hephaistos38]

"Le comportement d'une diode en fonctionnement "normal" n'a strictement rien à voir avec le fonctionnement en mode avalanche ou Zener."

Oui je suis d'accord, ce que je voulais dire c'est que le phénomène de la tension qui reste stable alors que le courant augmente est aussi visible aux bornes d'une diode en fonctionnement "normal". Les phénomènes physiques sous-jacents sont différents pour une diode en fonctionnement normal et une zener en inverse, évidemment.

Merci pour toutes ces précisions !

[curieuxdenature]

Les phénomènes physiques sous-jacents sont différents pour une diode en fonctionnement normal et une zener en inverse, évidemment.

Merci pour toutes ces précisions !

Bonjour

c'est ce que je disais plus haut, une diode ordinaire est taillée pour répondre à une demande bien précise en courant avec une tension inverse la plus grande possible alors qu'une zener est taillée pour exploiter une tension inverse bien précise, son courant est presque accessoire.

Dans les montages électroniques, généralement à basse tension (moins de 25V) on se servira d'une 1N4007 en redressement parce qu'elle supporte 1 A, qu'elle n'est pas chère, et bien que sa tension de zener dépasse 1000 V en inverse l'utilisateur s'en moque, qui peut le plus peut le moins.
Par contre, pour un besoin de régulation à 12 V les constructeurs fabriquent des diodes qui ont cette tension inverse mais qui n'ont pas besoin d'un courant aussi important, en général quelques dizaines de mA suffisent.

Dans mes tiroirs, j'ai des tas de diodes ordinaires dont certaines pourraient parfaitement servir de zener de 132 V par exemple, ce n'était pourtant pas le but à la vente et si je voulais savoir, je devrais faire un petit montage qui délivre, on va dire 400 V sous 5 mA maximum. Ensuite je sélectionne selon mes besoins.