Les fonctions principales et la sécurité dans une alimentation stabilisée

Régulateurs fixes :

Les régulateurs fixes sont 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. Il en existe de multiples sortes, mais les plus courants sont sans aucun doute ceux de la série LM78xx (ou uA78xx) et LM79xx (ou uA79xx). Ils 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 (LM7812, MC7812, uA7812 – parfois pas de préfixe mais une lettre en plein milieu, comme 78M12) 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 sur deux chiffres, par exemple « 05 » pour 5 V) Valeurs courantes disponibles : 5V, 6V, 9V, 10V, 12V, 15V, 18V, 24V (certaines de ces valeurs étaient moins courantes par le passé que maintenant). Sachant cela, vous devriez être en mesure de me dire à quoi correspondent les régulateurs marqués LM7812 et uA7915…

Si ce n’est pas le cas, relisez les lignes qui précèdent. [10] La figure montre un exemple de régulateur à diode Zener (à proprement parler, il s’agit-il plutôt d’un montage stabilisateur). La tension inverse de seuil, dite « tension Zener » (résultant de l’effet Zener) de la diode, permet de stabiliser la tension de sortie. La résistance R1 fournit le courant Zener IZ ainsi que le courant de sortie IR2, où R2 représente la charge. Lorsque la charge a une consommation IR2 constante, R1 peut être calculée de la façon suivante : 𝑅1 = 𝑉𝑠−𝑉𝑧 𝐼𝑧−𝐼𝑅2 (II.8) Avec VZ la tension Zener et IR2 le courant absorbé par la charge. On essaie de minimiser en général le courant IZ traversant la diode (énergie perdue), en prenant comme valeur, le courant minimal de polarisation de la diode. Lorsque la charge a une consommation de courant variable, R1 est calculée avec la valeur maximum de IR2 lorsque le courant de charge est inférieur à cette valeur, la différence est drainée par la diode Zener. Ce type de régulateur est utilisé pour les faibles puissances (tension de référence par exemple). La diode doit être prévue pour pouvoir supporter le surplus de courant la traversant au cas où la charge serait déconnectée. Les performances de ce type de montage sont très limitées, la stabilité de la tension de sortie dépendant de la variation du courant Zener et de la résistance dynamique de la diode. Le courant Zener variant lui-même en fonction de la tension d’entrée VS et des variations du courant de la charge. La tension de seuil est également, pour les diodes Zener courantes, assez dépendante des variations de température. [10]

Diode Zener : Une diode

Zener est un assemblage de deux semi-conducteurs dont les propriétés électriques ont été découvertes par le physicien américain Clarence Zener. Contrairement à une diode conventionnelle qui ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens, le sens direct, les diodes Zener sont conçues de façon à laisser également passer le courant inverse, mais ceci uniquement si la tension à ses bornes est plus élevée que le seuil de l’effet d’avalanche. Ce seuil en tension inverse (tension Zener) est de valeur déterminée pouvant aller de 1,2 V à plusieurs centaines de volts. Certaines diodes Zener comportent une troisième broche qui permet de régler cet effet d’avalanche. Une diode est le contact de deux types de semi-conducteurs, l’un de type P et l’autre de type N. Soumise à une tension inverse, elle conduit un courant inverse très faible, que l’on considère nul dans la pratique. L’énergie des bandes de valence des atomes dans les matériaux de type P ont souvent un recoupement avec les bandes de conductions du matériau de type N. Si la jonction P-N d’une diode est fortement dopée, la zone de charge d’espace est très mince et des électrons peuvent traverser la jonction dans la bande d’énergie commune par l’effet tunnel. Ainsi, la diode soumise à une tension inverse peut conduire un courant par l’effet tunnel2. La tension d’apparition de l’effet tunnel est très faible si le dopage est très grand. Cette tension dépend du niveau de dopage et de la tension inverse. D’autre part, lorsque la tension inverse devient suffisamment grande, le champ électrique interne à la jonction P-N est tel que certaines charges électriques minoritaires très énergétiques génèrent de nouvelles charges électriques par processus d’ionisation par chocs2. Il y a augmentation du courant inverse par effet d’avalanche, et destruction de la diode si cet effet n’est pas limité par une résistance mise en série. La diode peut ainsi laisser passer un courant important en inverse.

Fonctionnement du circuit : Pour commencer, il y a un transformateur de réseau descendant avec un enroulement secondaire évalué à 24 V / 3 A, Qui est relié entre les points d’entrée du circuit aux broches 1 et 2. (la qualité des fournitures La sortie sera directement proportionnelle à la qualité du transformateur). La tension alternative de l’enroulement secondaire des transformateurs est rectifiée par le pont formé par les quatre diodes D1- D4. Le La tension continue prise à travers la sortie du pont est lissée par le condensateur C1 et la résistance R1. Le circuit intègre (TL081) a des certaines caractéristiques uniques qui le rendent tout à fait différent des autres sources d’alimentation de sa classe. Notre circuit utilise un amplificateur de gain constant pour fournir La tension de référence nécessaire pour son fonctionnement stable. La tension de référence est générée à la Sortie de U1. Le fonctionnement de notre circuit est comme suit : la diode D8 est une diode zener de 5,6 V. La tension de sortie de l’amplificateur opérationnel U1 augmente progressivement jusqu’à ce que la diode D8 soit activée. Lorsque cela se produit, le circuit se stabilise et la tension de référence Zener (5,6 V) apparaît sur la résistance R5. Le courant qui circule à travers l’entrée non inverseuse de l’amplificateur U1 est négligeable, le courant circulant dans les résistances R5 et R6 est le même. Comme les deux résistances ont la même valeur, la somme de la tension entre ces deux résistances en série sera exactement le double de la tension sur chacun. La tension présente à la sortie de l’amplificateur (broche 6 de AOP U1) est de 11,2 V, deux fois la tension de référence Zener. L’amplificateur U2 a un facteur d’amplification constant d’environ 3 fois selon la formule A = (R11 + R12) / R11. Le potentiomètre à vis RV1 et la résistance R10 sont utilisées pour le réglage des limites des tensions de sortie afin qu’elles puissent être réduites à 0 V, malgré toutes les tolérances de valeur des autres composants dans le circuit.

Une autre caractéristique très importante du circuit, est la possibilité de prérégler le courant de sortie maximum, en le transformant efficacement en une source de tension constante en courant constant. Pour rendre cela possible, le circuit détecte la chute de tension sur la résistance (R7) connectée en série avec la charge (la sortie). Le circuit responsable de cette fonction est l’amplificateur U3. La tension aux bornes de l’entrée inverseuse de l’amplificateur U3 a un potentiel de 0 V. En même temps, l’entrée non inverseuse du même AOP peut être réglée sur n’importe quelle tension au moyen de potentiomètre P2. Supposons que pour une sortie donnée de plusieurs volts, le potentiomètre P2 est réglé de sorte que l’entrée inverseuse de AOP U3 soit maintenue à 1V. Si la charge augmente, la tension de sortie sera maintenue constante par la section de l’amplificateur de tension du circuit et la présence de R7 en série avec la sortie aura un effet négligeable en raison de sa faible valeur et en raison de son emplacement en dehors de la boucle de retour du circuit de contrôle de tension. Si la charge augmente de sorte que la chute de tension sur R7 soit supérieure à 1V, l’AOP U3 entre en fonction, et le circuit sera en mode courant constant. La sortie de l’amplificateur U3 est couplée à l’entrée non inverseuse de l’amplificateur U2 par D9.

L’amplificateur U2 est responsable de la commande de tension et lorsque l’amplificateur U3 est couplé à son entrée qui peut effectivement remplacer sa fonction. Ce qui se passe, c’est que la tension sur R7 est contrôlée et ne peut être augmentée au-dessus de la valeur prédéfinie en réduisant la tension de sortie du circuit. Ceci est en effet un moyen de maintenir le courant de sortie constant. Nous pouvons ainsi régler la limite du courant jusqu’à 2 mA. Le condensateur C8 est utilisé pour augmenter la stabilité du circuit. Le transistor Q3 est utilisé pour excité la LED chaque fois que le limiteur de courant est activé afin de fournir une indication visuelle (court-circuit). Afin de permettre à l’AOP U2 de contrôler la tension de sortie jusqu’à 0V. Toutes les situations indésirables produites par un circuit de tension simple est stabilisé au moyen de R3 et D7 En fin, d’éviter des situations incontrôlables et indésirables, il existe un circuit de protection construit autour de Q1. S’il y a un court-circuit le transistor Q1 protégé la sortie de l’alimentation. Cela entraîne en effet la tension de sortie vers la valeur de zéro volt donc le circuit protège les appareils connectés à sa sortie. Pendant le fonctionnement normal le transistor Q1 est maintenu par R14, mais lorsque on a un court-circuit le transistor réduit la puissance de l’amplificateur U2. Cet amplificateur (AOP) possède une protection interne et ne peut pas être endommagé en raison de ce court-circuit de sortie efficace.