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Chapitre I : La Diode (cours N° 5)
I-3- Les circuits à diodes
b) Circuits à diode Zener :

b-1) Diode Zener :
La diode Zener est une diode que le constructeur a optimée pour opérer dans la zone de claquage. La
diode Zener au claquage présente un coude de tension inverse très net, suivi d’une croissance verticale du
courant. La tension est presque constante, c’est la tension Zener VZ. Les fiches techniques donnent la
tension VZ pour un courant de test IZT.
i
rd

-VZ
IZT

Vd

v

rZ

La diode Zener en deuxième approximation est présentée par le modèle ci-dessous.



v<-VZ



-VZ≤v≤Vd

rZ

VZ

v

rd


Vd

v>Vd

b-2) Diode Zener comme régulatrice de tension :
RS
VS
E

DZ

RL

Dans le cas où la diode Zener est bloquée, le circuit devient comme suit.

1/5

RS
VS
RL

E
V

V 

RL
E
RL  RS

On distingue trois cas :
RL
R  RS
E  VZ
E L
VZ
RL  RS
RL

 la diode Zener est au claquage et peut être
remplacée par une source de tension VZ et une résistance rZ.
En appliquant Millman :
V 



E VZ

RS rZ
VS 
1
1
1
 
RS rZ RL
RS
VS
rZ

E

RL

VZ

Dans le cas où rz<<Rs et rz<<RL, on obtient :V S  VZ
 VZ  V  


 VS 

V 



RL
R  RS
R  RS
E  Vd
 L
Vd  E  L
VZ
RL  RS
RL
RL

 la diode est bloquée

RL
E
RL  RS

RL
R  RS
E  Vd
E L
Vd
RL  RS
RL

 la diode conduit  on remplace la diode Zener par

une source de tension Vd et une résistance rd comme le montre le schéma ci-dessous.
RS
VS
E

rd
Vd

2/5

RL

En appliquant Millman :
E Vd

RS rd
VS 
1
1
1
 
RS rd RL
Dans le cas où rd<<Rs et rd<<RL : VS  Vd .
Pour que la diode Zener fonctionne comme régulatrice de tension, la tension d’entrée E doit être
nettement supérieure à la tension Zener VZ. Dans ce cas VS≈VZ quelque soit la valeur de la tension
d’entrée E.

E

Détermination de la résistance RS dans le cas où

RL  RS
VZ
RL
:

On considère les deux cas limites suivants (on néglige la résistance rZ):
RS 



E=Emax, IZ=IZmax, IL=ILmin:
RS 



E=Emin, IZ=IZmin, IL=ILmax:

E max  V Z
I Z max  I L min

(1)

E min  VZ
I Z min  I L max

(2)

Généralement on prend: I Z min  a  I Z max , avec: 0.1  a  0.3 .

(1) et (2) 

I Z max 

Emax  VZ I L max  Emin  VZ I L min
Emin  VZ   a E max  VZ 

(3)

En remplaçant (3) dans (1) ou (2), on peut déterminer RS.
b-3) Diode Zener utilisé pour la mise en forme de signaux :
RS
v1

vs

DZ1
RL

ve
v2

DZ2

Supposons que les deux diodes sont bloquées et déterminons la tension :

 VZ 1  v1  Vd 1

 VZ 2  v 2  Vd 2  Vd 2  v 2  VZ 2   V Z1  Vd 2  v1  v 2  VZ 2  Vd 1
3/5

(1)

On a : v1  v 2 

RL
v e (2)
R L  RS

(2)(1) :  VZ 1  Vd 2 

=> 

RL
v e  V Z 2  Vd 1
RL  RS

RL  RS
VZ 1  Vd 2   ve  R L  RS VZ 2  Vd1 
RL
RL

On distingue trois cas différents :
 VZ 1  Vd 2  v e  VZ 2  Vd1 : les deux diodes sont bloquées


 vs 

RL
ve
RL  RS

Dans le cas où RS<<RL : v s  v e


ve  VZ 2  Vd 1 : la diode DZ1 conduit et la diode DZ2 est au claquage
RS
vs

rd1
Vd1

ve

RL

rZ2
VZ2

ve VZ 2  Vd 1

RS rZ 2  rd 1
vS 
1
1
1


RS rZ 2  rd 1 RL

Dans le cas où rZ 2  rd 1  0 : v s  VZ 2  Vd 1


ve  VZ 1  Vd 2 : la diode DZ2 conduit et la diode DZ1 est au claquage
RS
vs

rZ1
ve

4/5

VZ1
rd2
Vd2

RL

ve VZ 1  Vd 2

RS rZ 1  rd 2
vS 
1
1
1


RS rZ 1  rd 2 RL

Dans le cas où rZ 1  rd 2  0 : v s  VZ 1  Vd 2
La figure ci-dessous présente les tensions d’entrée et de sortie d’un circuit limiteur utilisant deux diodes
Zener.

Circuit limiteur à diodes Zener
15
ve
v
10

s

tension (V)

5

0

-5

-10

-15

0

0.005

0.01

0.015

0.02
0.025
temps (s)

0.03

0.035

0.04

La figure ci-dessous montre la caractéristique de transfert d’un limiteur à diodes Zener.
Caractéristique de transfert
10

s

v (V)

5

0

-5

-10
-15

-10

-5

0
v (V)

5

10

15

e

Données : T=20 ms; Vp=12 V; Vd1=Vd2=0.7 V; rd1=rd2=1 Ω; rz1=rz2=1 Ω; RS=100 Ω; RL=10 k Ω; VZ1=5
V ; VZ2=7 V ;
ve  VP sin(

5/5

2
t)
T .