Comment une diode Zener et une résistance régulent-elles la tension?

J'ai du mal à comprendre le simple régulateur de tension qui peut être construit à l'aide d'une diode Zener (de la section 2.04 de l'Art de l'électronique). Je sais qu'il serait préférable d'utiliser des amplificateurs, et cetera, mais j'essaie juste de comprendre comment ce circuit fonctionne.

Je ne comprends pas vraiment comment fonctionne le circuit, mais je suppose que lorsqu'une charge est appliquée à la sortie, elle draine le courant de la source (Vin) et fait donc chuter la tension? Comment la diode Zener aide-t-elle à maintenir la tension et à faire ainsi fonctionner ce circuit comme un régulateur?

Regardez la courbe de la diode Zener. Vous verrez que l'appareil tombe en panne à la tension Zener lorsqu'il est polarisé en inverse et qu'il conduit. Cette propriété fixera la tension de sortie à la tension de claquage, sur une plage de courants de sortie, lorsqu'elle est utilisée avec une résistance, avec des variations de tension relativement faibles. Il stabilisera également la sortie contre les changements de la tension d'entrée.

À proprement parler, les diodes Zener sont des dispositifs basse tension (jusqu'à environ 5V6). Celles à haute tension ont un mode de fonctionnement différent et sont appelées diodes à avalanche. Cependant, les deux types sont communément appelés Zeners.

Supposons que votre tension d'entrée soit de 10 V, le zener est de type 5 V et la résistance est de 100$\Omega$. Le zener définira$V_{OUT}$ à 5V, de sorte que le courant à travers la résistance sera $I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$. Lorsque vous mettez une charge sur la sortie, disons 500$\Omega$ le zener gardera toujours la sortie à 5V, donc R aura toujours 50mA à travers, mais une partie de ce courant passera par la charge: $I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$, de sorte qu'il n'y a que 40mA à travers le zener. Pour des résistances de charge plus faibles, le courant bien que la charge augmente, retirant le courant de la diode zener, jusqu'à ce qu'il ne reste plus assez de courant pour réguler$V_{OUT}$correctement. Le 50mA de l'exemple n'a pas été choisi au hasard; c'est souvent le courant auquel la tension zener est spécifiée (en particulier pour les zeners plus anciens). Des zeners plus modernes peuvent fonctionner à des courants bien inférieurs à 1mA. Si$R_L$ est inférieur à 100$\Omega$ le diviseur de résistance $R/R_L$ va tirer $V_{OUT}$ below the zener voltage, the zener won't play anymore and $V_{OUT}$ will drop below 5V.
So far for load regulation.

Line regulation tells how a regulator reacts to variations in input voltage. Let's take our example with the 500$\Omega$ load, and decrease the input voltage to 9V. The output voltage is still kept at 5V by the zener, so the current through the load remains 10mA, but the current though R will be $I = \frac{9V - 5V}{100\Omega } = 40mA$, and therefore the current through the zener 30mA. Again the input voltage can decrease to the point where the zener has too little current left to operate properly. The upper limit of the input voltage is determined by the maximum current allowed through zener and R.

Ce type de régulation de tension est très simple, mais pas très bon. La régulation de ligne est médiocre , ce qui signifie que la tension de sortie variera encore un peu lorsque la tension d'entrée augmente / diminue. Idem avec la régulation de la charge : la tension de sortie variera avec différentes charges. Et par rapport à la charge maximale, il y a une perte assez importante dans le zener, donc ce n'est pas très efficace . Un petit régulateur intégré comme un LM78Lxx est toujours un meilleur choix.