Les régulateurs de tension fixe

Le stabilisateur de tension fixe

Les regulateurs de tension





Types de boîtiers des régulateurs  Brochage des régulateurs  Représentation dans les montages  Montage des régulateurs
Augmentation de la tension de sortie Augmentation de la puissance de sortie Les régulateurs à faible chute de tension
Réduction de la tension d'entrée
Le LM 317  Alimentation tous voltages
Ce chapitre traite des régulateurs fixes de 1 Ampère.

- Nicolas, le régulateur de tension est un des  composants le plus facile à utiliser, il fonctionne tout seul, enfin presque. Mais avant d'en parler un petit détour sur la façon de stabiliser une tension avec transistors et diodes zéner.

Regulation a transistor
Régulation avec diode zener
Figure 1 Figure 2


- Figure 1: La tension de sortie est égale à la tension de la diode zéner moins 0,6 Volt perdu dans la jonction base émetteur du transistor Q. Pour compenser cette perte, il est possible d'insérer une diode genre 1N 4148
- Figure 2. Le condensateur C est un céramique en général de 100 nF. Il sert à atténuer le bruit de la diode zéner.

- Inconvénients d'un tel montage:
- Le transistor Q n'est pas protégé contre les surintensités et les courts-circuits.
- La tension de sortie n'est pas stabilisée, c'est-à-dire que lors d'une augmentation du courant de sortie, la tension de l'émetteur du transistor diminue d'autant plus que le courant débité est important.
- La tension n'est pas très bien filtrée. (ronflement 100 Hz du pont à diodes).

 Donc le mieux est d'utiliser les régulateurs de tension. En effet, le régulateur renferme des composants pour,
  1. Limiter le courant de sortie à la valeur maximum toléré par le composant.
  2. Compenser la perte de tension lorsque le courant augmente en sortie.
  3. Il intègre également une protection thermique.
  4. Le résidu du ronflement (ronflement 100 Hz du pont à diodes) est très bas.

Hou là !
Hé oui, tu compares le schéma interne d'un régulateur avec la figure 1.Schema interne d'un régulateur  à la vue de cela, on voit que les régulateurs sont de véritables circuits intégrés.

- Type de boîtier des régulateurs de tension:


Les types de boîtiers vont du TO 92 pour les faibles intensités de sortie, au TO 03 pour les fortes intensités.

Regulateur LM 7812

- La tension de sortie peut être positive (la référence commence par 78xx ) ou négative (référence 79xx). Les premières lettres dépendent du constructeur (LM-MC-µA), mais aussi parfois la lettre est au milieu des chiffres ( 78M12) pour un régulateur positif de 12 Volts.
La puissance de sortie va de 0,1 Ampère pour les boîtiers TO 92 à 1 Ampère pour les TO 220. Les boîtiers TO 03 débitent 3 à 5 Ampères, voir 10 Ampères pour les LM 396.
Les tensions vont de 5 V à 24 Volts (5V, 6 V, 9 V, 10 V, 12 V, 15 V, 18 V, 24 V)

Ainsi,
Pour les régulateurs positifs:  LM7805-LM7806-LM 7808-LM7809-LM7810-LM7812-LM7815-LM7818-LM7824
Pour les régulateurs négatifs: LM7905-LM7906-LM7908-LM7909-LM7910-LM7912-LM7915-LM7918-LM7924

À savoir:
Pour que le régulateur travail dans de bonnes conditions, il est impératif qu'il soit bien refroidi. Si ce n'est pas le cas, la protection thermique du régulateur entre en action en abaissant la tension de sortie, évitant ainsi le claquage du régulateur.


- Brochages des régulateurs d'un Ampère:
- Bien sur pour faciliter les choses, les constructeurs n'ont pas disposé les pattes dans le même ordre pour les régulateurs positifs et négatifs. Heureusement pour nous c'est normalisé. Ouf ;-)

Brochage des régulateurs 
Brochage des régulateurs 0,1 Ampère
Brochage des regulateurs de tension
Regulateur de tension 100mA

- Représentation des régulateurs de tension dans les montages:


 Tous les régulateurs sont représentés de la même façon.

À savoir:
- La tension à l'entrée du régulateur doit être au moins de 3 Volts supérieure à la tension de sortie. La tension maximale à l'entrée des régulateurs va de 35 à 37 Volts.
- A savoir également qu'il y a une tolérance pour la tension de sortie de l'ordre de 2 à 4 %. Ainsi un LM7812 peut sortir entre 11,5 et 12,5 volts.

Pour info les régulateurs LM 78xx CT (LM7812CT) ont une tolérance de 4%. Les Régulateurs LM 78xx  ACT (LM7812ACT) ont une tolérance de 2%


- Montage du régulateur:

Montage du regulateur

- Comme tu le vois Nicolas, rien de plus simple. Une petite explication quand même.
C1, est le condensateur de filtrage de l'alimentation, si le condensateur est placé loin du régulateur, il faut mettre C2. (100nF)
C3,  empêche une éventuelle oscillation du régulateur.
 Tu es sur !
Hé oui, pas plus d'oscillations que de beurre en broche. Mais par principe, je place ces 2 condensateurs, des 100 nF suffisent.

À savoir:
- C2 et C3 doivent être placé au plus près de pattes du régulateur. Autrement cela ne sert à rien de les mettre...

- C4, ce condensateur doit être en principe le dixième de C1, en fait, un condo de 100 ou 220 µF est bien. Lui aussi doit être placé près du régulateur. Il peaufine l'ondulation résiduelle à la sortie du régulateur.

- Calcul du condensateur de filtrage C1:  La formule est 20000/(U/Ampère) (le résultat en Microfarad)
Soit une alimentation avec un régulateur de 15 Volts. C= 20000/(15/1) = 1333 µF. Comme cette valeur n'est pas normalisée, on prend toujours un condo de valeur normalisée immédiatement supérieure, soit  2200 µF.



- Tu vois Nicolas, que cela n'a rien de compliqué... Maintenant regardes d'autres façons de monter un régulateur avec quelques calculs très simples...

- Augmentation de la tension de sortie:

- A la vue des tensions de sorties normalisées, on peut vouloir une tension intermédiaire, par exemple une tension de 13,2 Volts.
 Alors comment faire ?. À ce problème plusieurs solutions.


Regulateur ajustables



- Soit sortir 13,2 Volts à un régulateur de 12 Volts.

- Figure 1: Par des diodes genre 1N4148.
- Seuil de conduction des diodes = 0,65 environ. Tension obtenue = 12+0,65+0,65 = 13,3 Volts (cette tension peut varier en fonction des tolérances).
  Si le régulateur est Négatif 7912, inverser le sens des diodes.





- Figure 2: 
Par des résistances.

Calcul:
R1= Ureg/0,025           (où  Ureg = tension du régulateur. 0,025 = Intensité traversant les deux résistances).
R2= (Us-Ureg)/0,025  (où Us = Tension que l'on veut avoir en sortie du régulateur,ici 13,2V)
R1= 12/0.025= 480 ohms, et  R2= (13,2-12)/0,025= 48 ohms.

Avec la valeur des résistances calculées, la tension de sortie Us sera égale à
Us= ((R2/R1)+1)*Ureg  Us= ((48/480)+1)* 12= 13,2 Volts.

- La valeur de ces résistances n'existant pas, on peut mettre un ajustable à la place de R2. Prendre pour R1 la valeur normalisée en dessous soit 430 ohms. A la place de R2, mettre un ajustable de 100 ohms.

L'ajustable tourné vers la masse R1équivaut à = 430+100 = 530 ohms. R2= 0 Ohm d'où Us= ((0/530)+1)*12 . (0/530=0) donc 1*12= 12 Volts
L'ajustable tourné vers R1 donc ((100/430)+1)*12 = 14,8 Volts. La tension variera donc de 12 à 14,8 Volts.

- Figue 3:  Par résistance et ajustable.

- Soit sortir 9 Volts à un régulateur de 5 Volts.

R1 = 5/0,025 = 200 ohms. R2 = (9-5)/0,025 = 160 Ohms. (résistance totale = 360 Ohms)
Prendre pour R1 la valeur normalisée en dessous 180 Ohms. Prendre pour R2 un ajustable de 220 ohms. (Résistance totale = 370 ohms).
Si l'ajustable est tourné vers la masse R1 équivaut  =  180+220 = 370 ohms. Us= ((0/370)+1)*5. (0/370=0) donc 1*5 = 5 Volts.
Si l'ajustable est tourné vers R1 donc ((220/180)+1)*5 = 11,1 Volts.
La tension du régulateur variera de 5 à 11,1 Volts.

- Figue 4: Par diode zéner.

- Soit sortir 10 Volts avec un régulateur de 5 Volts.

Il est possible également de mettre une diode zéner entre la masse et le régulateur. Pour obtenir 10 volts avec un régulateur de 5 volts, mettre un zéner de 5,1 volts. Si le régulateur est Négatif 7912, inverser le sens de la  diode.


- Augmentation de la puissance de sortie:

- Ces régulateurs de la série 78xx et 79xx ne peuvent sortir qu'un Ampère, il peut être intéressant d'augmenter cette puissance.
Regulateur et transistor


- Pour sortir un courant plus important, il faut adjoindre un transistor de puissance. Pour les tensions positives (78xx) on prend un transistor  PNP. Comme par exemple, un BDX 18.  Pour les tensions négatives, on place un transistor NPN, genre 2N 3055. Le montage peut fournir 2 à 5 Ampères. Pour la valeur des condensateurs, voir plus haut le chapitre montage du régulateur. Les deux composants doivent être refroidis en conséquence.

- Exemple:
Pour une alimentation de 12 Volts et 5 Ampères. Prendre un régulateur de 12 Volts, un BDX 18, la résistance sera une 10 Ohms 3 Watts.
À noter que le transistor n'est pas protégé contre les courts-circuits.


- Les régulateurs à faible chute de tension:

- Comme dit au chapitre montage des régulateurs, il faut pour que le régulateur fonctionne correctement, une tension à l'entrée supérieure à 3 Volts minimum. Cette tension dite de déchet devient une contrainte pour certains montages. Il existe des régulateurs à faible tension de déchet. (de 0,1 à 0,5 Volts), débitant également 1 Ampère. Leur brochage est identique aux  autres régulateurs (LM 78xx), sauf pour les ajustables.

Quelques-uns de ces régulateurs.
Les positifs:                  LM 2940/LM 2940C. Les tensions disponibles vont de 5 à 12 Volts ( 5_ 9_12_15 V). Datasheet (PDF).
Les positifs ajustables:  LM 2941/LM 2941C: Datasheet (PDF)
Les négatifs:                 LM 2990/LM 2990C. Les tensions disponibles vont de 5 à 15 Volts (-5_-5.2_-12_-15). Datasheet (PDF)
Les négatifs ajustables. LM 2991. Datasheet (PDF).

- Les régulateurs, ci-dessus débitent au maximum 1 Ampère, mais il en existe des maous-costo tout musclés qui vont de 1,5 à 7,5 Ampères.

Les positifs:  LT 1085: Voir à cette page pour les autres régulateurs. Zut alors, je ne vais pas tout faire ;-)

- Réduction de la  tension d'entrée:

- Il peut arriver que la tension disponible à l'entrée du régulateur dépasse la valeur-limite de 35 Volts. Plusieurs solutions existent, dont la régulation par diode zéner et transistor ballast.
Le transistor sera à choisir selon l'intensité du régulateur.




- Un exemple quand même:

Soit un régulateur de 12 Volts ayant à l'entrée une tension Ue de 45 Volts. Pour ce régulateur, la tension d'entrée maximale est de 35 Volts. Le choix de la diode zéner n'est pas critique. Un bon compromis est de prendre une zéner de tension égale à Ue/2, soit une zéner de valeur normalisée de 24 V 1,3 Watt.
- L'intensité maximale parcourant la diode est à calculer. I= P/U = 1,3W/24= 0,05A. R= U/I = (45V-24V)/0,05= 420 Ohms. On n'oublie pas que c'est l'intensité maximum de la zéner, donc prendre une résistance légèrement supérieure, soit 470 Ohms 1 Watt, (figure 1).
- On n'oublie pas non plus, que le courant collecteur du transistor  est égal à l'intensité de la base multipliée par le gain du transistor. Supposons que le gain du transistor soit égal à 50. L'intensité au collecteur de celui-ci sera de 0,05*50= 2,5 A.
- Si le régulateur est un LM 338 débitant par exemple 4 Ampères, un seul transistor ne suffira pas. Dans ce cas monter un transistor Darlington, ou le faire avec deux transistors. Le gain d'un Darlington est supérieur (figure 2). Voir également le chapitre sur les diodes zéner..

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