Zener

La diode Zener exploite l’effet Zener (champ électrique intense à la jonction) et l’effet d’avalanche pour maintenir une tension de référence précise et stable à ses bornes lorsqu’elle est polarisée en inverse au-delà de sa tension nominale V_Z. Elle est la base des régulateurs de tension simple, des écrêteurs et des protections contre les surtensions transitoires.

Paramètres et applications de la diode Zener

Calcul et mise en œuvre d’un régulateur Zener

La mise en œuvre la plus classique est la régulation shunt : une résistance série R_Z relie la tension d’alimentation V_alim à la cathode de la Zener, dont l’anode est reliée à la masse. La charge est connectée en parallèle sur la Zener. La formule de dimensionnement est :

R_Z = (V_alim − V_Z) / I_{Z_travail}

Le courant de travail I_{Z_travail} doit rester entre I_{Z_min} (donné par la fiche technique, pour maintenir la régulation) et I_{Z_max} (limité par la puissance P_Z = V_Z × I_Z). Par exemple : V_alim = 15 V, V_Z = 12 V, I_{Z_travail} = 20 mA → R_Z = (15 − 12) / 0,020 = 150 Ω. Ce calcul vaut à vide : avec une charge, la résistance est traversée par la somme du courant de la Zener et du courant de la charge.

Ce régulateur simple convient pour des charges légères et stables. Pour des charges variables ou des courants importants, associer la Zener à un transistor NPN en collecteur commun (émetteur follower) — la Zener fixe la tension de base, le transistor fournit le courant de charge sans le faire passer entièrement par la Zener.

En protection ESD, la diode TVS (variante de la Zener à haute puissance de crête) est câblée entre chaque ligne de données et la masse. Sa forte puissance de crête, sur un temps très court, absorbe les surtensions électrostatiques avant qu’elles n’atteignent l’entrée du circuit intégré. En installation, on les retrouve sur les lignes RS-485, les bus CAN des systèmes domotiques et les entrées des capteurs déportés, particulièrement utiles dans les installations soumises aux décharges atmosphériques. Voir les recommandations de la norme NF C 15-100 sur la protection contre la foudre et les surtensions d’origine atmosphérique.

FAQ — Diode Zener

Comment identifier une diode Zener défectueuse ?

En mode diode sur le multimètre, une Zener se comporte comme une diode ordinaire dans le sens direct (chute d’environ 0,7 V). En sens inverse, le multimètre affiche OL (circuit ouvert) sur la plupart des appareils — c’est normal car V_Z est supérieure à la tension de test. Une Zener court-circuitée affiche une valeur proche de zéro dans les deux sens — composant à remplacer. Pour tester la tension Zener, utiliser une alimentation réglable limitée en courant et une résistance série (1 kΩ par exemple), puis mesurer la tension aux bornes de la diode polarisée en inverse.

Quelle différence entre une Zener 5,1 V et un régulateur intégré LM7805 ?

Un régulateur intégré comme le LM7805 réunit dans un seul boîtier un transistor de puissance, une référence de tension, un amplificateur d’erreur et une protection thermique. Sa régulation est bien meilleure, il fournit un courant de sortie nettement plus élevé (valeur sur sa fiche technique) sans calcul de R_Z et il est protégé contre la surchauffe. La Zener seule convient pour des charges inférieures à quelques dizaines de milliampères et des exigences de régulation modestes.

Peut-on mettre des diodes Zener en série pour obtenir une tension supérieure ?

Oui. La mise en série de deux Zener donne V_{Z_total} = V_Z1 + V_Z2. Cette technique est utile pour obtenir des tensions non disponibles en catalogue (ex. : 5,1 V + 6,8 V = 11,9 V ≈ 12 V). La puissance totale se répartit entre les deux composants proportionnellement à leurs tensions. Veiller à ce que le courant de travail soit compatible avec le I_{Z_min} des deux diodes simultanément.