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 Cours Electronique : M07 : Alimentations

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Asl
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MessageSujet: Cours Electronique : M07 : Alimentations   Dim 16 Sep - 4:17

ALIMENTATIONS

Est-il nécessaire de préciser que tout montage ne vaudra que par la qualité de son alimentation ?
Point à ne surtout pas négliger !

Il existe deux types d'alimentations secteur :

  • Alimentations linéaires
  • Alimentations à découpage

Les alimentations linéaires sont plus faciles à fabriquer et à dépanner. Mais elles présentent l'inconvénient (surtout pour les fortes puissances), d'être plus encombrantes, et surtout d'avoir un rendement inférieur et de chauffer plus que celles à découpage.

Néanmoins, et quelle que soit la complexité du montage, toute alimentation possède les fonctions suivantes :

  • Abaisseur de tension (le transformateur)
  • Redressement
  • Filtrage
  • Régulation

LE TRANSFORMATEUR
    Théorie du transformateur disponible en grande quantité sur le net... Je vous laisse pour cela entre les mains de Google !

    Nous n'allons donc traiter ici que les points les plus importants pour vous, les points pratiques.

    Sur son entrée (primaire) nous appliquons le secteur, tension alternative de 220v.
    Suivant le modèle sélectionné, nous avons en sortie, sur le secondaire, une sinusoïde de plus faible amplitude, 9v, 12v, 24v, etc...
    Le choix de la tension au secondaire va dépendre bien évidemment de la tension qu'il vous faut pour alimenter votre montage.

    Evident mon cher Watson !

    Pas si sûr...
      Une tension trop faible risque de vous apporter des ondulations dès la partie filtrage et donc, la tension continue nécessaire s'en trouvera perturbée (surtout le fonctionnement des CIs de votre circuit),
      Et une tension au secondaire trop importante fera dissiper cet excédent de tension sous forme de chaleur...

    Surtout, mais ai-je besoin de vous le rappeler ? Evil or Very Mad, que la tension indiquée au secondaire est la tension efficace.

    Ce qui veut dire que pour un transfo 220v/12v par exemple, nous aurons au secondaire une sinusoïde de 12v x 1.414 = 17v (demi alternance uniquement, donc 34v crête-crête).

    L'autre point à prendre en compte est le courant que doit pouvoir délivrer votre transfo.

      La puissance d'un transformateur est indiquée en VA (volts/Ampères).

      Par exemple, un transformateur 220v/12v 15VA.
      Cela veut dire qu'il va pouvoir délivrer 1 ampère pour une tension de 15v.

      La belle jambe que cela me fait !! Moi, c'est 12v que j'ai !

      Oui, et pour cela, un petit calcul est nécessaire.

      V.A ? Ca vous dit quelque chose ?

      Bien sûr, "Volts / Ampères" indique une puissance (P=UI) qui s'exprime en Watts.

      Mais pour un transformateur, considéré comme un générateur, ceci est exprimé en VA.


      Il suffit d'effectuer une petite règle de trois pour savoir combien mon transfo de 15VA va pouvoir fournir sous 12v :
      (15 / 12) x 1 = 1,25
      (La multiplication par 1A n'est pas forcément nécessaire...
      je ne l'ai mise que pour respecter les termes de la règle de trois)


      Mon transformateur 220v/12v 15VA me délivrera donc 12v (efficace) sous 1,25A.


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Asl
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MessageSujet: Re: Cours Electronique : M07 : Alimentations   Ven 21 Sep - 10:29

REDRESSEMENT

    Nous avons donc notre sinusoïde en sortie du secondaire de notre transformateur, mais n'oublions pas qu'au final, nous voulons une tension continue.

    Pour cela il est nécessaire de n'utiliser qu'une seule alternance de la sinusoïde.

    Et le composant idéal pour cela, nous le connaissons : c'est la DIODE.


REDRESSEMENT MONO-ALTERNANCE
    Nous n'utilisons qu'une seule diode pour ne laisser passer que l'alternance positive :

      Le condensateur de filtrage sera étudié au chapitre suivant.


    Montage assez peu utilisé surtout si l'alimentation doit délivrer un courant important.

    En effet, entre les deux 1/2 alternances positives, il se passe un temps de 20ms (50Hz), temps beaucoup trop long pendant lequel le condensateur de filtrage va se décharger dans le reste du montage et donc ne pourra se recharger qu'à la 1/2 alternance suivante. Il en résulte une "ondulation" de la tension trop importante.


        Trace du haut : sinusoïde secteur
        Trace du bas : résultat du redressement mono-alternance (sans condensateur de filtrage)



REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE

    Voyons tout d'abord ce qui se passe en sortie du transformateur :

      Raisonnons en courant uniquement.
      Nous avons le courant (en rouge) qui représente l'alternance positive par exemple, et le courant (en bleu) pour l'alternance négative de la sinusoïde.


    Et à chaque alternance, le courant circule dans un sens différent dans le montage (ici RU = résistance d'utilisation)


    Représentation avec les deux sinusoïdes :

    Nous constatons le problème : le courant qui circule dans RU (la résistance d'utilisation, notre montage donc) est alternatif, sens différent à chaque sinusoïde.

    Or, nous voulons justement un courant continu, c'est-à-dire circulant toujours dans le même sens dans RU.

    Pour cela, nous utilisons 4 diodes montés montés en pont, appelé aussi "Pont de Graetz" :



    Voyons comment cela peut fonctionner...
    Nous ne raisonnons qu'en courant (la compréhension en est grandement facilitée).

      D'abord, l'alternance positive :

      Le courant (B) passe par D1 (D4 est bloqué ainsi que D2) et traverse RU.
      Pour le retour, en [E], le courant ne peut passer que par [D3] (il y a le même potentiel aux bornes de [D4], donc bloquée).
      Et retour au secondaire du transfo.

      Puis, l'alternance négative :

      C'est identique à ceci près que le courant, bien sûr, est inversé.
      Passage par [D2] car [D1] et [D3] sont bloquées.
      On traverse RU (et dans le même sens qu'avec l'alternance positive. Chic alors !).
      Et le retour au transfo s'effectue par [D4].

      Nous avons donc réalisé ce que nous voulions, à savoir les deux alternances passant dans le même sens dans RU :


      A l'oscillo, nous obtenons donc cela :

      Avec Vr = signal aux bornes de RU.

      Excellent tout ça, mais... Vr est quand même loin de ressembler à une tension continue.

      Que vais-je pouvoir faire ? Mystère et boule de gomme !

      Mais oui, vous avez raison, il suffit d'ajouter un condensateur.

      Vous êtes sacrément fort quand même !!


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MessageSujet: Re: Cours Electronique : M07 : Alimentations   Jeu 27 Sep - 10:04

FILTRAGE

    Nous retrouvons donc notre schéma complet avec le condensateur de filtrage :


    Comment fonctionne-t-il ?



    Jusqu'à la première montée en tension de la 1/2 alternance (0,005 sur l'échelle de temps), il se charge. Dès que la tension baisse, les diodes D1 ou D2 (suivant l'alternance) sont bloquées.
    C1 se décharge donc dans RU (trace en rouge).

    D'où l'importance de la valeur du condensateur, car s'il possède une trop faible valeur, il se déchargera trop vite et adieu votre tension.
    Le surdimensionner n'est pas non plus une bonne méthode, car il va couter beaucoup plus cher et son encombrement sur le circuit aussi.

    Choix des diodes et du condensateur :
    Spoiler:
     


    Nous pouvons considérer que nous avons maintenant une tension (presque) continue.

    Mais il subsiste encore deux problèmes :

    1. La tension de sortie est obligatoirement égale à celle du secondaire du transformateur.
    2. La tension de sortie ne sera réellement continue que si I = 0. Car dès qu'il y aura une consommation, aussi faible soit-elle, une ondulation va se créer (due à la décharge du condensateur de filtrage).


    Pour résoudre cela, nous allons employer un régulateur de tension...

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MessageSujet: Re: Cours Electronique : M07 : Alimentations   Jeu 4 Oct - 4:53

ALIMENTATIONS SYMETRIQUES

    Nous avons parfois besoin d'une alimentation symétrique, c'est-à-dire d'une tension positive ET négative (+12v / -12v par exemple).

    Le principe du redressement filtrage restent les mêmes.

    Voici les différentes façons de câbler le transformateur et pont de diodes :

    1) Alimentation symétrique avec transformateur à un seul secondaire


      Bon, puisque cela existe, j'en parle, mais néanmoins ce genre de transfo est à éviter pour ce type d'alimentation.

      En effet, vous avez remarqué tout de suite que le redressement est mono-alternance, donc réservé à des montages consommant très, très peu, de l'ordre de 100mA, sauf à employer de très gros condensateurs de filtrage Mad .



    2) Alimentation symétrique avec transformateur à secondaire à point milieu.


      C'est le montage le plus couramment employé.


    3) Alimentation symétrique avec transformateur à deux secondaires séparés


      Deux alimentations simples à redressement double alternance, dont l'une va servir pour la partie positive et l'autre pour la partie négative.
      Le point commun qui sert de référence (masse 0V) est obtenu en réunissant la borne négative de l'alimentation "positive" (celle du haut sur le schéma), avec la borne positive de l'alimentation "négative" (celle du bas).

      A noter qu'en absence de point commun de masse 0V, nous obtenons deux alimentations simples totalement isolées l'une de l'autre !

      Il est possible bien sûr de raccorder les deux points milieu des secondaires. On se retrouve alors dans le cas de montage (2).


    Citation :
    ATTENTION :
    Qui dit alimentation symétrique, dit alimentation positive ET négative.

    LES CONDENSATEURS DE FILTRAGE DOIVENT ETRE CONNECTES CORRECTEMENT.

    Pour l'alimentation positive, le + du condensateur à la sortie.

    Pour l'alimentation négative, le + du condensateur à la masse (référence).

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MessageSujet: Re: Cours Electronique : M07 : Alimentations   Lun 15 Oct - 9:54

REGULATEUR DE TENSION

    Nous avons vu précédemment que notre tension redressée et filtrée avait encore quelques lacunes : tension trop importante (par exemple transfo de 12v - donc 17v réels) et un niveau continu laissant fortement à désirer.

    Pour remédier à cela, nous allons donc employer un circuit régulateur de tension.

    Là, nous changeons totalement de type de composant.
    Ce n'est plus un composant passif comme ceux que nous avons étudier jusqu'à maintenant, mais c'est un composant actif, composé, entre autres, de transistors.

    Nous n'avons pas encore étudié les transistors, mais qu'importe, puisque dès que vous aurez à faire à un circuit intégré, quel qu'il soit, vous ne vous occuperez que de ses paramètres et conditions d'utilisation sans devoir aller "chercher" ce qu'il y a à l'intérieur.

    Notre régulateur donc...


Régulateurs fixes
    Appelés ainsi parce qu'ils ont été conçus pour délivrer une tension continue d'une valeur donnée, qui ne peut pas être modifiée sans artifice.

    Ils possèdent tous (fixes et ajustables) une protection contre les courts-circuit et aussi un disjoncteur thermique (n'abusez pas quand même).

    Il en existe de multiples sortes, mais les plus courants sont ceux de la série LM78xx (ou uA78xx) et LM79xx (ou uA79xx). Il sont très faciles à mettre en oeuvre, et il suffit de peu de connaissances pour savoir lequel utiliser, leur nom indiquant de lui-même de quoi il en retourne. Pour tout savoir, décomposons le nom de ces régulateurs :
      LM = préfixe utilisé par le fabricant. Il peut aussi s'agir de uA, ou MC.
      78 = signifie qu'il s'agit d'un régulateur positif
      79 = signifie qu'il s'agit d'un régulateur négatif
      xx = tension de sortie fixe (valeur entière)
      Valeurs courantes disponibles : 5V, 6V, 9V, 10V, 12V, 15V, 18V, 24V.

    Ce type de régulateur possède trois broches :
    L'entrée, la sortie et la référence (masse) qui est commune aux deux autres broches.

    Le brochage :

      Attention : Brochage différent suivant régulateur positif (78xx) et négatif (79xx).


    Avant de parler de ses caractéristiques, voici comment vous devez connecter ce type de régulateur :

      La valeur de C1, le condensateur de découplage, dépend de ce que vous désirez obtenir comme tension redressée et filtrée (voir chapitre plus haut).
      Mais C2, C2 et C4 sont obligatoires. Mettez-les systématiquement. Ils servent au découplage du régulateur et limitent fortement le risque d'apparition d'oscillation parasite en sortie du régulateur.

      Dans plusieurs schémas qui suivent, ils n'apparaitront peut-être pas. Car je n'ai fait que copier ces schémas sur le net, ceci afin de m'éviter à tout re-dessiner.

    Caractéristiques :

      Les principales à prendre en compte sont (par exemple un 7805 ou 7905) :
      • Le courant maximum pouvant être délivré : 1A (peut atteindre 2,2A en pointe).
      • La tension maximale à appliquer à l'entrée : 35v. Ce qui veut dire que vous ne pouvez pas utiliser un transfo de plus 24v.
      • La marge de tension entre l'entrée et la sortie : 2v. Appelée "dropout" sur les datas-sheet. La tension à l'entrée doit toujours être supérieure de ce dropout à la tension d'entrée. 2v pour les 78/79 mais peut bien sûr être supérieur pour d'autres types de régulateur.
        Dans la pratique, prenez toujours en compte 3v.


    Autre protection à rajouter :
      Dans le cas où votre circuit comporte un bon nombre de condensateurs, lors de mise hors tension, tous ces condensateurs risquent de mettre un certain temps (électroniquement parlant) à se décharger. Et peut-être beaucoup plus lentement que l'étage filtrage.
      Dans ce cas, la condition du drop out n'est plus respectée et le régulateur risque d'être détérioré.
      La solution : connecter une diode (1N4007 par exemple) entre l'entrée et la sortie du régulateur - la cathode à l'entrée.


    Décalage de la tension de sortie :
      Si vous avez besoin d'une tension "non standard", il est possible de décaler la tension de sortie.
      Il faut savoir que la tension de sortie d'un régulateur, 5v par exemple, est égale à la tension de sa broche "masse" plus 5v. En réalité, la broche "masse" est en réalité une broche de référence.
      + 9v pour un régulateur 9v et ainsi de suite pour tous les autres modèles.

      Il suffit donc, au lieu de connecter la masse, d'imposer une autre tension.
      Par exemple, à l'aide d'une diode zener.

        Dans cet exemple, nous obtenons un Vout de 10,1v (5v + 5,1v).

Régulateurs ajustables (programmables) :
    Un des plus connu est le LM317 (positif) et le LM337 (négatif) - 1,5A :





    Tout comme le régulateur fixe, le régulateur ajustable possède une broche d'entrée et une broche de sortie. La différence réside dans l'emploi de la troisième broche. C'est sur cette broche que l'on va jouer pour faire sortir au régulateur la tension désirée.
    A retenir que la tension minimale de sortie est de 1,25v.

    Les deux résistances R1 et R2 du schéma précédent permettent donc de "programmer" la tension de sortie. La formule pour déterminer la valeur de ces résistances est la suivante :

    VOut (tension de sortie) = 1,25 * (1 + (R2 / R1)).


    Et pour que le montage soit réelement de type tension variable, il suffit de remplacer R2 par un potentiomètre.
    De préférence avec un résistance de "butée" (connectée entre la masse et le potentiomètre) afin de ne pas descendre en dessous des 1,25v.

    Suivant les besoins, mettre deux potentiomètres, qui permettront d'avoir un réglage grossier et un réglage fin.
    Et C3 pour assurer une meilleure stabilité au montage.

Besoin de plus de courant ? :
    Il est vrai que les circuits régulateurs sont très simples à mettre en oeuvre, mais le "faible" courant qu'ils peuvent délivrer (1A ou 1,5A) est très souvent limitatif.
    Il y a bien sûr d'autres types de régulateur :
    • Le LM350 jusqu'à 3A
    • Le LM338 jusqu'à 5A
    • Le LM396 jusqu'à 10A, par exemple.

    Mais vous pouvez vous contenter de "gonfler" votre 78XX préféré :

      Il faut quand même savoir que dans ce cas, le montage n'est plus protégé contre les court-circuits : le 78xx l'est toujours, mais pas le transistor !

Tension d'entrée trop élevée ? :
    Et oui, une autre limitation est la tension d'entrée maximale à ne pas dépasser (35v).

    Il suffit d'ajouter un circuit "abaisseur" de tension :

    Avec 48v comme dans cet exemple, vous fournissez 17,4v à l'entrée du régulateur.

Pourquoi 17,4v ?
Vous le saurez dès le prochain module traitant des transistors !

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