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Composant actif d'un montage électronique, la diode Zener, également appelée diode Z ou encore diode électronique Zener, est un dispositif utilisable comme référence de tension dans de nombreux circuits et alimentations stables. Peu coûteuse, c'est une diode électronique qui peut se révéler très utile dans de multiples domaines. La diode de tension Zener peut être vue comme un régulateur de tension et se révélera très utile aux particuliers comme aux professionnels : enseignement, réparation, amplificateurs, modélisme (gestion des lumières, régulation d'un circuit), domotique, robotique, etc. C'est une diode qu'on appellera souvent « shunt Zener ». Montée avec une résistance série, la diode électronique Zener permet une très efficace stabilisation de la tension.
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Informations intéressantes sur les diodes Z.
En général, les diodes n'autorisent le flux de courant que dans le sens du débit et se verrouillent dans le sens inverse, par exemple en tant que diode de redressement, afin de ne garantir le flux de courant que dans une seule direction. En revanche, la diode Z sert de type spécial aux diodes pour stabiliser les tensions. Il peut également être utilisé pour limiter les tensions dans un circuit. Ce guide vous indique comment fonctionne exactement la diode Z, les avantages et les inconvénients qu'elle offre et dans quels domaines elle peut être utilisée. En outre, lors de l'achat, vous avez quelques choses à faire attention pour pouvoir choisir la diode adaptée à vos besoins.
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Comment fonctionnent les diodes Z ?
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Quels sont les avantages et les inconvénients des diodes Z ?
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En fonction de la température, quelles sont les diodes Z ?
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À quoi sont utilisés les diodes Z ?
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Circuit de stabilisation avec une diode Z.
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Stabilisation de tension avec diode Z et transistor (circuit collecteur)
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QU'en est-il de l'achat de diodes Z ?
Comment fonctionnent les diodes Z ?
Tandis que la diode Z fonctionne dans le sens de blocage, elle fonctionne dans le sens de passage comme une diode ordinaire. On parle de ce que l'on appelle des effets Zener ou avalanches pour les diodes Z, qui entraînent une augmentation du courant de manière brusque dès qu'une tension de blocage donnée est atteinte.
Les deux effets se produisent à des tensions différentes. Ainsi, lorsque la tension de verrouillage est inférieure à 5 volts, on parle de l'effet Zener. Il se produit lorsque la force du champ électrique dans la couche de blocage est suffisamment grande pour briser les liaisons par paires d'électrons. Les électrons sont ainsi décomposés de leur réseau et augmentent ainsi la conductivité électrique, ainsi que le courant de blocage ou le courant Zener.
À partir d'une tension supérieure à 5 volts, l'effet Zener et l'effet avalanche se produisent simultanément, l'effet avalanche assurant que la couche de blocage intégrée est occupée par les supports de charge libérés. A partir d'une tension de blocage supérieure à 6,5 volts, seul l'effet avalanche se produit. La tension augmente jusqu'à un niveau où les supports de charge sont tellement accélérés que d'autres supports de charge sont libérés des autres atomes de la grille.
La séquence se répète et met en pause le nombre de supports de charge libérés, was qui conduit à la conductivité soudaine de la couche de blocage. Le nom de l'effet avalanche provient donc du « surroulement » soudain de la couche de blocage avec supports de charge libérés. Les diodes qui se dissolvent uniquement par cet effet au-dessus de la tension de rupture sont appelées diodes avalanche. Dès que la tension retombe en dessous de la valeur de la tension de rupture, la couche de blocage est immédiatement rétablie, de sorte que seul un très faible débit de courant est possible dans le sens de blocage.
Il existe différents types de diodes qui fonctionnent avec différentes tensions de blocage. Ces derniers peuvent être caractérisés comme suit :
| Type de diode | UZ en VoltBEI IZ = 5 ma | Rz en ohms IZ = 5 ma | αZ· 10− 4/KBEI IZ = 5 ma |
|---|---|---|---|
| ZPD 2,7 | 2,4 3.1 | 70 | 9− 5 mm max. |
| ZPD 4,7 | 4,1 5,2 | 60 | 6 mm 0 |
| ZPD 6,8 | 6:1 7,5 | 4 | 1− +4 |
| ZPD 8,2 | 7,3 9.2 | 4 | +2 +7 |
| ZPD 12 | 10,7 13.4 | 15 | +6 +9 |
| ZPD 15 | 13,0 mm 16.5 mm | 20 | +7 +9 |
Quels sont les avantages et les inconvénients des diodes Z ?
Les diodes Z sont idéales pour la stabilisation de la tension, car elles sont relativement économiques et simples à utiliser. Vous pouvez donc maintenir la tension constante malgré un flux de courant variable afin de protéger les composants sensibles contre les variations de tension. Toutefois, il existe différents inconvénients qui doivent être pris en compte en fonction du champ d'application.
Si vous travaillez avec des signaux, il se peut que la diode Z ait un effet de distorsion sur les signaux en raison de la non-linéarité du composant. Toute distorsion peut se produire dans le sens du débit et dans le sens de blocage.
Notre conseil pratique
Les diodes Z ne conviennent qu'aux circuits à faible consommation de courant et à consommation relativement constante. Les régulateurs de tension conviennent mieux pour les variations de courant et les courants de courant importants.
En fonction de la température, quelles sont les diodes Z ?
Les diodes Z ne chauffent que très peu en fonctionnement normal. Toutefois, en cas de forte charge, une très forte évolution de la température peut se produire. En cas de charge supérieure à la puissance dissipée maximale admissible, la forte chaleur entraîne une fatigue très rapide des matériaux, was qui peut entraîner la destruction du composant. La dépendance à la température est particulièrement défavorable pour les applications nécessitant une tension précise. La dépendance thermique d'une diode Z est indiquée par le coefficient de température.
Notre conseil pratique
Lorsque vous mettez en série des diodes Z avec des coefficients de température positifs et négatifs, les coefficients de température augmentent de manière optimale et réduisent ainsi la dépendance à la température au minimum.
À quoi sont utilisés les diodes Z ?
Les diodes Z sont particulièrement utiles pour la stabilisation de la tension, en particulier pour les circuits à faible courant. Cela peut être utilisé par exemple sur les appareils secteur, car il stabilise la tension continue et minimise ainsi l'ondulation résiduelle.
Circuit de stabilisation avec une diode Z.
Stabilisation de tension avec diode Z et transistor (circuit collecteur)
Ils peuvent également être utiles pour la limitation de la tension ainsi que pour la protection contre la surcharge. Les appareils de mesure peuvent être protégés par des diodes en Z, car ils limitent la tension en cas de décharge complète dans l'appareil de mesure. Ainsi, le courant dans l'appareil de mesure ne continue pas à augmenter et il est protégé contre la surcharge. Si vous souhaitez utiliser des diodes Z comme barrière de sécurité dans la protection contre les explosions, vous avez tendance à parler d'une barrière Zener. Il empêche la pénétration d'une énergie inautorisée dans une zone extrêmement inflammable.
En outre, les diodes Z sont souvent utilisées pour représenter les interférences qui, par exemple, servent à décrire les interférences dans un canal de transmission. Ces interférences sont appelées bruit blanc et peuvent être bien générées par l'effet avalanche des diodes Z. Plus le flux de courant est important, plus l'effet de bruit est important. Le bruit produit par les mouvements des supports de charge à l'intérieur de la diode est également appelé bruit de craie et est amplifié par l'effet avalanche décrit ci-dessus dans les diodes Z.
QU'en est-il de l'achat de diodes Z ?
Lors de l'achat de diodes Z, vous trouverez toujours des descriptions détaillées des produits et des informations sur les caractéristiques techniques de la diode. Bien sûr, il est essentiel de savoir à quel but vous souhaitez utiliser votre diode Z. Cependant, veillez toujours à ne jamais dépasser la puissance dissipée maximale autorisée. Celle-ci est indiquée comme P(TOT) pour les caractéristiques techniques de la diode. Dans le cas contraire, la diode peut être rapidement détruite.
En outre, vous devez respecter la tension de blocage indiquée et sa tolérance. Il s'agit d'un FORMAT .SPG. (UZ) dans les caractéristiques techniques et vous indique la tension avec laquelle la diode Z peut être utilisée. La tension de blocage indiquée et sa tolérance permettent d'obtenir la tension de blocage maximale autorisée ainsi que la tension de blocage minimale nécessaire pour que la diode fonctionne correctement.
Les différents types de boîtier adaptés à des utilisations spécifiques sont également importants. Ils peuvent ainsi être utilisés pour le montage traversant ou pour le montage en surface, selon la construction. Le type de boîtier correspondant se trouve dans le titre de l'article et dans la description du produit. Les boîtiers peuvent être en métal, en verre ou en plastique et diffèrent selon le fabricant.
Cependant, veillez toujours à ne jamais dépasser la puissance dissipée maximale autorisée. Celle-ci est indiquée comme P(TOT) pour les caractéristiques techniques de la diode. Dans le cas contraire, la diode peut être rapidement détruite.
En fonction de l'application de la diode Z, il existe de nombreuses autres conditions et mesures à respecter. Vous pouvez également les trouver dans les caractéristiques techniques ou dans la catégorie « Documents & téléchargements », où vous trouverez une fiche produit complète pour chaque diode. Vous pouvez consulter ici tous les détails et les mesures de la diode correspondante.
Notre conseil pratique
Le boîtier avec refroidisseur métallique intégré permet une dissipation de la chaleur bien meilleure. Ainsi, la puissance dissipée maximale autorisée augmente, c'est-à-dire que P(TOT) est minime.