Réaliser une alimentation régulée

Réaliser une alimentation régulée

Généralités
Réaliser une alimentation fixe
Réaliser une alimentation variable
Généralités

Est-il besoin de rappeler que tous les montages électroniques ont besoin, pour fonctionner, d'une alimentation électrique?

Le courant peut être fourni par une ou des piles, solution retenue pour les appareils portatifs, par une photopile, pour un montage ne nécessitant qu'un très faible courant, ou encore par le secteur. Dans ce dernier cas, le 230 V est abaissé par un transformateur, puis redressé par des diodes, puis filtré par un ou des condensateurs et enfin régulé par un circuit intégré spécialisé.

Bref, on l'aura compris, une alimentation régulée, fournissant une tension stable de valeur précise, s'avère vite d'une grande utilité dans un "labo"!

Evidemment, vous aimeriez que votre "alim" ressemble à ceci! Ne rêvez pas, ce modèle de laboratoire sophistiqué (et fort dispendieux) ne correspond pas à notre cahier des charges! Nous nous fixerons des objectifs beaucoup plus modestes, mais si on fait abstraction du beau boîtier, des afficheurs LCD et des boutons de réglage "high tech", nous verrons que nous sommes en mesure de réaliser des appareils de très bonne qualité, fiables et pratiques, pour un coût bien moindre. Une mise en coffret soignée garantira la sécurité de l'utilisateur vis-à-vis du secteur (c'est essentiel!) et donnera à l'appareil un aspect flatteur.



Réaliser une alimentation fixe

C'est un montage assez facile à réaliser et relativement peu onéreux, surtout si on récupère le transformateur sur un quelconque appareil hors d'usage! A ce propos, insistons une fois de plus sur l'indispensable prudence qui s'impose dès lors que l'on intervient, même indirectement, sur le secteur EDF! Il convient d'isoler de manière parfaite et durable toutes les portions du circuit qui sont au potentiel 230 V (branchement du câble reliant le transformateur à la prise secteur...)

Cahier des charges minimal

L'alimentation que nous proposons ici, à titre d'exemple, a pour vocation de remplacer la très classique pile de 9 volts. Cette tension convient parfaitement à un grand nombre de montages.

Tension de sortie Vout: 9 V
Courant maximal Imax: 1 A
Redressement double alternance
Stabilité de la tension de sortie
Témoin de présence 9 V (DEL)
Ce cahier des charges succint, qui pourrait être complété par d'autres options (témoin Marche/Arrêt, mise en coffret...) suffit à nous orienter d'emblée vers un régulateur de tension spécialisé très répandu, le 7809, d'un prix dérisoire, très facile à mettre en oeuvre et offrant d'excellentes performances.

Signalons qu'on pourra, sans autre forme de procès, remplacer le 7809 par un 7805 ou un 7806 si on désire obtenir en sortie une tension de 5 ou de 6 volts. Pour déterminer les caractéristiques du transformateur, cliquez ici. Pour calculer la meilleure valeur du condensateur de filtrage, cliquez ici.



Le schéma de l'alimentation: on ne fait pas plus simple (ni plus efficace)...



Liste des composants

R : 470 ohms
C1 : 1000 µF/16 V mini (2200 µF/16 V conseillé)
C2 : 100 nF (valeur non critique)
C3 : 47 µF/16 V
Régulateur de tension 7809C
4 diodes de redressement 1N4007 ou un pont moulé 1,5 A
DEL (couleur et diamètre au choix)
Transformateur 12 V/12 VA ou 2 x 6 V/12 VA
2 douilles "banane" (une rouge, une noire), diamètre 4 mm
Interrupteur 220 V, 2 A
1 ou 2 borniers 2 plots (pour relier le transfo au secteur et à la carte)
Coffret au choix
Réalisation pratique

La réalisation de ce montage ne présente aucune difficulté mais réclame une finition irréprochable dans la mesure où l'appareil est relié au secteur et destiné à un usage fréquent, puisqu'il remplacera avantageusement une pile. Compte tenu du nombre limité de composants, on pourra les câbler sur une plaque d'essai.



Le coffret sera en plastique ou métallique; dans ce dernier cas, il faudra veiller à une parfaite isolation du boîtier vis-à-vis du secteur. Le transfo et la carte seront solidement fixés, et la liaison entre le secteur et le transfo, via l'interrupteur, devra faire l'objet d'un soin tout particulier. Ici, pas de bricolage! Fixez les fils conducteurs très solidement à l'aide de borniers à vis et vérifiez plutôt deux fois qu'une qu'il n'existe aucun contact ni aucune possiblité de contact entre la tension secteur et le reste du montage ou le coffret lui-même.

Cette réalisation ne nécessite aucune mise au point et on vérifiera tout simplement, à l'aide d'un voltmètre, que la tension disponible en sortie, au niveau des douilles "banane", est bien égale à 9 volts (dans les limites de tolérance du régulateur) et qu'elle reste stable lorsque l'alimentation débite du courant jusqu'à 1 ampère.



Réaliser une alimentation variable

Une alimentation régulée, c'est bien; une alimentation variable, c'est mieux! Qui plus est, la réalisation pratique n'est guère plus compliquée et le prix de revient à peine plus élevé... Une alimentation variable, même limitée à une tension de sortie de 12 ou 15 volts, se révèlera bien vite indispensable! Il faut toutefois prévoir une mise en coffret, en prenant toutes les précautions utiles vis-à-vis de la sécurité de l'utilisateur, surtout si le coffret est métallique.

La solution la plus simple et la plus économique s'articule autour d'un régulateur de tension spécialisé, en l'occurence le LM317T, d'une mise en oeuvre très facile et d'une fiabilité éprouvée. La tension de sortie maximale dépendra, dans la pratique, du transformateur choisi. Si vous ne reculez pas devant la dépense, ou encore si vous pouvez récupérer un "gros" transfo sur un quelconque appareil hors d'usage, une tension de 24 volts devrait permettre de faire face à toutes les situations. Ne lésinez pas sur la capacité du condensateur de filtrage, garant d'une bonne stabilité. Le radiateur n'est pas obligatoire, à moins que l'alimentation ne soit appelée à fournir un courant important pendant de longues périodes. Mais vu le coût de cet accessoire, on aurait tort de s'en priver.

Cahier des charges

Tension de sortie : variable de 1,25 à 24 V
Courant maximal : 1 A
Stabilité de la tension de sortie
En option: témoin lumineux M/A, galvanomètre, indication de la valeur de Vout...


Le schéma de l'alimentation variable s'articule autour d'un régulateur LM317T. Le galvanomètre, facultatif, est fortement conseillé pour un meilleur confort d'utilisation.

Liste des composants

R1 : 220 ohms
R2 : potentiomètre linéaire (A) 4,7 K
C1 : 1000 µF/40 V mini, 2200 µF/40 V conseillé, 4700 µF/40 V préférable
C2 : 25 µF/25 V
C3 : 100 nF
Régulateur de tension LM 317 T
4 diodes de redressement 1N 4007 ou un pont moulé 1,5 A
Transfo: 24 V/24 VA ou 2 x 12 V/24 VA
Fusible : 0,25 A temporisé
Porte-fusible
Radiateur pour LM317T (facultatif, mais conseillé)
2 douilles "banane" (une rouge, une noire), diamètre 4 mm
Interrupteur 220 V, 2 A
1 ou 2 borniers 2 plots (pour relier le transfo au secteur et à la carte)
Bouton pour axe potentiomètre, fil de câblage, coffret et accessoires de coffret (visserie, entretoises, passe-fils, etc.)


Exemple de routage





Le routage proposé ci-dessus n'est qu'un exemple parmi tant d'autres. Aucune difficulté particulière n'est à signaler à ce niveau, étant donné le nombre réduit de composants. Notez que les condensateurs électrolytiques peuvent être, au choix, de type "axial", comme ci-dessus, ou de type "radial", pour un montage "debout". Dans un cas comme dans l'autre, on veillera scrupuleusement à l'orientation correcte des pôles + et -.

Le transformateur ne figure pas sur le dessin, car il n'est pas obligatoirement fixé sur la carte (s'il s'agit d'un modèle à étriers). Dans ce cas, son primaire est relié au cordon secteur par l'intermédiaire d'un bornier (ou un "domino" en plastique d'électricien) et son secondaire est relié à la carte par deux fils souples, de section suffisante. Attention à la parfaite isolation des liaisons avec le secteur!

Le potentiomètre, qui sera déporté en face avant du boîtier, est relié au reste du montage par deux fils souples. Il en va de même pour les deux douilles "banane", qui permettent de recueillir la tension de sortie.

Hormis le cas d'un montage purement didactique, la mise en boîtier de cette alimentation variable est obligatoire, dans la mesure où de nombreux éléments sont au potentiel du secteur (primaire du transfo, fusible, interrupteur...).

Le coffret sera métallique ou en plastique, au choix, mais on veillera, dans tous les cas, à assurer une isolation parfaite vis-à-vis du secteur et une aération suffisante, de manière à éviter toute élévation de température. Au besoin, des trous percés en face arrière du coffret permettront une circulation d'air. Rappelons en outre que si la puissance dissipée est importante, le régulateur sera refroidi à l'aide d'un radiateur boulonné sur son boîtier.
Vous pouvez vous inspirer de la photo ci-contre pour la mise en coffret de votre "alim". Si à la rigueur on peut faire l'économie de l'ampèremètre, le voltmètre (type "galva"), en revanche, apporte un confort d'utilisation indéniable. Une DEL-témoin marche/arrêt est un luxe très abordable: ne vous en privez pas! Choisissez un bouton de réglage facile à manoeuvrer et fixez-le solidement. Un coffret robuste, des assemblages solides et précis (gages de sécurité) et une finition soignée assureront à moindres frais un résultat visuellement flatteur.

Quelques points à surveiller

La carte supportant les composants et, éventuellement, le transformateur, sera vissée au fond du coffret, en utilisant si nécessaire des entretoises et/ou des rondelles isolantes pour éviter tout contact entre les soudures et le corps du coffret. On veillera à regrouper proprement les fils de liaison et, de préférence, on les réunira par des colliers.

On veillera également à la solidité de la liaison bornier-cordon secteur, de sorte qu'une traction accidentelle sur le cordon ne provoque pas l'arrachement des fils au niveau du bornier. Une astuce: laissez le cordon faire une boucle à l'intérieur du coffret et ne le faites pas sortir juste en face du bornier. Le diamètre du trou de sortie devra, bien entendu, correspondre au diamètre du cordon. Il est fortement recommandé de mettre en place un passe-fil en caoutchouc, surtout si le coffret est métallique. Il faudra être extrêmement attentif à la solidité mécanique des liaisons avec le secteur et s'assurer qu'il n'existe aucun risque pour l'utilisateur, même maladroit, d'entrer en contact avec le 230 V !

Si on désire installer une DEL-témoin de visualisation ou un galvanomètre (on en trouve à environ 6 euros), il faudra prévoir un coffret de dimensions suffisantes. Le perçage de la face avant se fera avec beaucoup de soin, de manière à obtenir un résultat à la fois esthétique et fonctionnel. Pour le potentiomètre et l'interrupteur, le diamètre de perçage sera de 8 à 10 mm, selon le modèle retenu; pour les douilles "bananes", le diamètre sera de 6 à 8 mm (pour un diamètre intérieur de 4 mm).

Les douilles "bananes", rappelons-le, se séparent en deux parties, qui sont ensuite vissées de part et d'autre de la paroi du coffret. Attention: la douille doit être en contact avec le boîtier par sa partie plastique, et non par sa partie métallique!

Le bouton du potentiomètre sera de préférence d'un diamètre assez important (au moins 35 à 40 mm) et on choisira un modèle à vis, qui est le plus facile à installer. Il faudra couper l'axe du potentiomètre de manière à ce que le bouton, une fois vissé sur cet axe, effleure la paroi du coffret sans la toucher.

On procèdera enfin, à l'aide d'un voltmètre, au relevé des tensions en sortie par rapport à la position du potentiomètre, puis on réalisera une graduation régulière autour du bouton de réglage (par exemple: 1,25 V, 3 V, 6 V, 9 V, 12 V, etc...). Pour le relevé des tensions, il sera plus commode de remplacer les pointes de touche par des fiches bananes, qui seront insérées dans les douilles, en respectant bien la polarité.

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