régulateur variable Détaillé (Exemple avec Calcule )

Exemple d’un régulateur variable :

Vous pouvez croire qu’il est simple de réaliser un régulateur à tension variable. Le premier réflexe est de remplacer Rf ou Rin par un potentiomètre. Cette idée est intéressante mais peu recommandable. Un régulateur utilise généralement un amplificateur d’erreur; il est primordial de garder son gain fixe afin que ce dernier ne parte pas en oscillation lorsque le gain changera d’une valeur à l’autre. Pour varier la tension de sortie il s’agit de varier la tension de référence. La majorité des blocs d’alimentation, qui se respectent, utilise plutôt ce principe que celui du gain variable. Vous verrez à la Figure suivant un exemple d’un tel circuit.

Régulateur linéaire variable

Déterminez: Uo min et max?

Ei :+25V, D1 :1N4733
R1 :470, R2 :330, R3 :500, P1 :5k, Rf :2k, Rin :1k

Solution :

1N4733 = Zener de 5.1V

Gain = 2000 / 1000 +1 = 3

Uout (max)  = 5.1V * 3 = 15.3V

Uref (min)  = 5.1V*500 = 463 mV

Uout(min) = 463mV * 3 = 1.4V

Dans cet exemple, il faut faire attention puisque l’alimentation négative de l’amplificateur opérationnel est au point commun. La plupart des sorties d’ampli-op ne peuvent descendre en deçà de 2V lorsqu’elles sont montées dans cette configuration. Puisque Uout doit atteindre +1.4V, il va sans dire que la tension de sortie de l’amplificateur est dangereusement près du minimum acceptable. Il ne faut pas oublier la chute de 0.6V aux bornes Ube du transistor faisant en sorte que la tension à la base de Q2 est d’environ +2V.

Déterminez: Iout maximum?

bQ1 : 20

bQ2 : 50

741 : 20 mA (max)

Le montage en darlington peut fournir plus de courant à la sortie. En supposant les valeurs de Bêta mentionnées et en sachant qu’un 741 peut fournir tout au plus une vingtaine (20mA) de milliampères, le courant maximal de sortie est de  :

Io (max) = 20 mA x 20 * 50 = 20 A

Le calcul de Iout permet d’évaluer l’ultime limite du régulateur sans tenir compte des contraintes physiques que présentent les composants environnants.

Supposons, pour un instant, que la tension de sortie de la figure précédente soit  de +5V. 

uelle sera la puissance dissipée par Q1 ?

Uin : +25V

Uo : +5V

Io : 20A

Udiff  = +25V- (+5V)  = 20V

PdQ1 = 20V x 20A = 400W ???

La réponse est juste mais l’on s’aperçoit rapidement qu’elle s’avère farfelue. Une puissance dissipée de 400W est beaucoup trop élevée pour ce type de régulateur; si jamais un court-circuit se produit ou si la charge est trop élevée les deux transistors de sorties deviendront hors d’usage instantanément.

De façon intuitive, pour le même courant de sortie de 20A, la puissance dissipée par Q1 est plus élevée lorsque Uout est min ou max ?

La puissance dissipée sera plus élevée lorsque Uout est minimale  puisque c’est à ce moment que le transistor Q1 doit supporter le maximum de tension différentielle.

Avec les mêmes valeurs de Bêta bQ1 = 20 et bQ2 = 50 , déterminez le maximum d’informations si la charge est de 10 W et que le potentiomètre est au centre.

Pot au centre = 5.1V x (2500+500)/5000+500 = 2.78V

Gain = 2000 / 1000 +1 = 3

Uout = 2.78V x 3 = 8.4V

Iout = 8.4V/10 ohm= 840 mA

Udiff Q1 = +25V - 8.4V = 16.6V

PdQ1 = 16.6V x 840mA = 14W

UdiffQ2 = +25V-0.6V-8.4V = 16V

ICQ2 = 840mA/20 + 0.6V/330 = 42 mA

PdQ2 = 16V x 42mA = 672 mW

Io 741 = 42mA/50 = 0.84 mA