Alimentation : stabilisation et régulation

1. Alimentation : stabilisation et régulation Fonctionnel Vs Ve • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur La fonction Alimentation Vs Ve Régulation Stabilisation Abaissement Redressement

2. Alimentation : stabilisation et régulation Fonctionnel • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur La fonction Stabilisation et Régulation Vs Ve Ve est une tension continue. Cependant cette tension présente : -> Une ondulation -> Une valeur moyenne qui varie L'objectif est donc : -> de filtrer les ondulations -> régler la tension de sortie à une valeur précise -> d'être indépendant de la charge (donc du courant Is)‏

3. Alimentation : stabilisation et régulation La diode Zener : référence de tension A K Id Vz Vz Vd R faible A Vz K • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Zone d'utilisation

4. Alimentation : stabilisation et régulation La diode Zener : référence de tension • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur En polarisation Zener En polarisation Directe

5. Alimentation : stabilisation et régulation La diode Zener : référence de tension Charge • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Régulation de tension par Zener Vbat est une tension non régulée. Elle doit être supérieure à la tension Zener Dans ce cas, Iz>0, la diode Zener est passante (polarisation inverse). Vref est donc stabilisée à Vz. I R VBAT VREF

6. Alimentation : stabilisation et régulation La diode Zener : référence de tension VREF Charge • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Régulation de tension par Zener Avantages : très simple bon filtrage des ondulations Inconvénients : peu précis faible puissance uniquement I R On utilise cette structure pour générer une tension de référence VBAT

7. Alimentation : stabilisation et régulation Transistor Ballast • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Limitation de la Zener : Le courant Ip est fixé par la résistance : la tension a ses bornes est Ve – Vz ceci tant que la Zener est polarisée en inverse Si Is augmente, alors Iz diminue (car Ip est fixe) Si Iz devient trop faible, alors la Zener ne conduit plus !!! => On utilise un transistor pour amplifier le courant IS Rp Vs IP Ve Vz Dz IZ

8. Alimentation : stabilisation et régulation Transistor Ballast • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Transistor Ballast : Le transistor fonctionne en régime linéaire => Vbe = 0,6V Donc la tension de sortie est : Vs = Vz - Vbe Le courant de base étant relativement faible, le courant de polarisation de la Zener est assuré IS Rp VBE IB Vs IP Ve Vz Dz IZ

9. Alimentation : stabilisation et régulation Vidéos Zener.avi et Ballast.avi

10. Alimentation : stabilisation et régulation Rebouclage => on utilise an Amplificateur Linéaire Intégré • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Asservissement de la tension de sortie par rapport à la tension de référence Vz Vz A e=Vz-Vs + Vs -

11. Alimentation : stabilisation et régulation Rebouclage • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur On part de la structure à transistor ballast sur laquelle on ajoute un ALI dont les entrées sont reliées à Vz et Vs : L'ALI fonctionne en mode linéaire, donc V+=V- soit Vz=Vs Le rebouclage permet d'avoir exactement Vs=Vz ceci quelque soit la valeur de Vbe IS VBE Rp IB + ∆∞ - Ve Vs Dz Vz IZ

12. Alimentation : stabilisation et régulation Rebouclage Vidéo Ballast_ali.avi

13. Alimentation : stabilisation et régulation Rebouclage R1 R2 Vc • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Si on souhaite réguler la tension à une valeur donnée, il faut nécessairement avoir la diode Zener ayant la bonne tension Zener. Du coup, on préfère comparer Vz à une portion de Vs en utilisant un pont diviseur L'ALI fonctionnant encore en mode linéaire on à cette fois : Vz = Vc si R1 = R2 on a alors IS Rp IB + ∆∞ - Ve Vs Dz Vz IZ

14. Alimentation : stabilisation et régulation Rebouclage Structure Complète IS IS Rp Rp IB IB R1 R1 + ∆∞ - + ∆∞ - Ve Ve Vs Dz R2 R2 Vc Vc Vz IZ • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Afin de pouvoir faire un réglage très précis de la tension Vs, on ajoute, en entrée, un pont diviseur sur Vz L'utilisation d'un potentiomètre permet d'ajuster précisément la tension de sortie et donc de compenser les tolérance des différents composants. Vs

15. Alimentation : stabilisation et régulation Protection Limitation de courant IS Rp IB R1 + ∆∞ - Ve R2 Vc • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur La régulation de cette alimentation a pour conséquence que Vs est fixe et ne peut pas changer. Donc le courant de sortie Is dépend de la charge. Pour une charge résistive, on a : Si Rc est faible, le courant Is peut devenir très important et détruire le transistor Ballast. De même, si on utilise cette alimentation pour charger une batterie, on doit contrôler la valeur maximum de Is. Vs

16. Alimentation : stabilisation et régulation Protection Limitation de courant à transistor Rsat IS Structure de commande Charge VBE • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Structure utilisée : Fonctionnement : on a toujours Vrsat= Vbe =Rsat x Is Suivant la valeur de Vbe, le transistor fonctionne différemment : Si Is est faible, alors Vbe < 0,6V => le transistor est bloqué Si Is augmente, alors Vbe augmente Vbe ne peut augmenter au delà de 0,6V La valeur maximum de Is est donc :

17. Alimentation : stabilisation et régulation Protection Limitation de courant à transistor • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur On considère le schéma de base sur laquelle on ajoute la limitation de courant Choix de Rsat : ex : on souhaite un courant maximum de 1A sachant que lorsque le transistor conduit Vbe=0,6V alors Rsat Is IS VBE VBE Rp + ∆∞ - Ve Vs Dz IZ

18. Alimentation : stabilisation et régulation Protection Limitation de courant à transistor • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Structure complète : Rsat IS VBE Rp + ∆∞ - Ve Vs

19. Alimentation : stabilisation et régulation Protection Simulation Vidéo Alimentation_complète.avi

20. Alimentation : stabilisation et régulation VIO In Out REGULATEUR Vers montage à alimenter Ce Cs Ve Vs Ref Circuits Intégrés • Fonctionnel • Contexte • Objectif • Zener • Caractéristique • Effet Zener • Régulation • Ballast • Utilisation • Limitation • Simulation • Zener • Ballast • Rebouclage • Principe • Structure • Simulation • Amplification • Protection • Courant Is • Transistor • Structure • Regulateur Pour les besoins les plus courants, on utilisera directement un CI comme par exemple les régulateurs de la série LM78xx