Electronique > Réalisations > Alimentations > Alimentation multiple 002c

Dernière mise à jour : 28/03/2021

Caractéristiques principales

Tension : +/-12 V à +/-18V et +48 V
Courant : 500 mA sur sorties +/-15 V, 100 mA sur sortie +48 V
Régulée : Oui


Présentation

Cette réalisation est une version revisitée de mon alimentation multiple 002 dont les tensions de sortie étaient fixes.


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Les tensions fournies, désormais ajustables entre +/-12 V et +/-18 V, sont tout-à-fait adaptées pour l'alimentation d'un préamplificateur pour microphone (dynamique, à condensateur, électret ou ruban).


Schéma

Contrairement à mon alimentation multiple 002, les deux tensions symétriques fournies par cette alimentation multiple 002c peuvent être ajustées à la valeur que vous désirez, entre +/-12 V et +/-18 V, grâce aux résistances R2 et R5 (ou grâce aux potentiomètres ajustables RV1 et RV2, détails plus loin).


alim_multiple_002c


Le premier transformateur TR1 (secondaires 2 x 12 Vac, 2 x 15 Vac ou 2 x 18 Vac) peut disposer d'un secondaire double ou d'un secondaire simple avec point milieu, ce qui permet avec un simple pont de diodes de disposer d'une tension positive et d'une tension négative par rapport à la masse. La tension secondaire de ce transformateur dépend des tensions de sortie symétriques désirées, détails dans un tableau donné plus loin.

Le second transformateur TR2 (secondaire unique de 48 Vac ou deux secondaires de 24 Vac reliés en série) est un modèle dont la puissance n'a pas besoin d'atteindre des valeurs colossales vue l'utilisation envisagée. Rappelons qu'un microphone électrostatique ne consomme que quelques mA, et le courant de 50 mA permis ici (100 mA avec un dissipateur fixé sur le régulateur de tension) suffit amplement ! Un transformateur de quelques VA (3 VA pour 50 mA ou 5 VA pour 100 mA) suffit donc.


Alimentation symétrique +/- V

Le redressement est confié à de braves et solides diodes 1N400x, par exemple des 1N4004 ou 1N4007. De nombreux autres modèles de diodes de redressement peuvent faire l'affaire, du moment qu'elles supportent un courant permanent de 1A minimum.

Les condensateurs de filtrage principaux C1x (C1A à C1D pour le rail positif) et C5x (C5A à C5D pour le rail négatif) seront de type radiaux (montage vertical) si vous adoptez mon circuit imprimé (PCB). Il est possible de ne câbler qu'un nombre restreint de ces condensateurs, selon le courant Iout maximal débité sur les sorties. Fixons les idées dès maintenant :

Remarque : si quelque part sur mon site vous avez lu que je conseillais habituellement 1000 uF à 2200 uF par tranche d'un ampère, vous avez le droit de vous questionner sur le raisonnement fait ici. Ou alors... il s'agit d'un exercice destiné à vous faire réfléchir ou à expérimenter. Pour ma part, et sachant que qui peut le plus peut le moins, je place tous les condensateurs et on n'en parle plus.

La régulation des deux tensions symétriques est assurée par des régulateurs intégrés de type LM317 (régulateur positif) et LM337 (régulateur négatif). La tension délivrée par ces régulateurs dépend de la valeur des deux résistances connectées sur leur broche ADJ (Adjust), à savoir R1/R2 pour le régulateur positif (LM317T) et R4/R5 pour le régulateur négatif (LM337T). La valeur de ces résistances est spécifiée ci-après.


Tensions de sortie ajustées par résistance fixe

La tension des deux sorties positive et négative peut être ajustée en modifiant la valeur de R2 (pour le rail positif) et celle de R5 (pour le rail négatif), selon les formules et le tableau qui suivent.


Vout1 (tension de sortie positive) = 1.25 * (1 + (R2 / R1)) + (0.000050 * R2)
Vout2 (tension de sortie négative) = 1;25 * (1 + (R5 / R4)) + (0.0001 * R5)

En fixant la valeur de R1 et R4 à 220R, on peut déterminer la valeur de R2 et R5 selon la formule inversée suivante :

R2 = ((Vout1 - 1.261) * 220) / 1.25
R5 = ((Vout2 - 1.272) * 220) / 1.25

La différence entre les deux formules engendre une différence de résistances nettement inférieure à 1%. On pourra donc prendre R2 = R5. De plus, vue la tolérance sur la tension de référence des régulateurs et donc de leur tension de sortie, il est inutile de chipoter à l'ohm près.

TR1 Tension de
sortie désirée
C1A/B/C/D
C5A/B/C/D
R2 et R5
(valeur théorique)
R2 = R5
(valeurs pratiques)
2 x 12 Vac +12 Vdc
-12 Vdc
470 uF / 25 V R2 = 1890
R5 = 1888
1k8 + 91R
2 x 15 Vac +15 Vdc
-15 Vdc
470 uF / 25 V R2 = 2418
R5 = 2416
2k2 + 220R
2 x 15 Vac +16 Vdc
-16 Vdc
470 uF / 25 V R2 = 2594
R5 = 2592
2k2 + 390R
2 x 15 Vac +16,5 Vdc
-16,5 Vdc
470 uF / 25 V R2 = 2682
R5 = 2680
2k0 + 680R
2 x 18 Vac +17 Vdc
-17 Vdc
470 uF / 35 V R2 = 2770
R5 = 2768
2k7 + 68R
2 x 18 Vac +17,5 Vdc
-17,5 Vdc
470 uF / 35 V R2 = 2858
R5 = 2856
2k7 + 150R
2 x 18 Vac +18 Vdc
-18 Vdc
470 uF / 35 V R2 = 2946
R5 = 2944
2k7 + 240R


Tensions de sortie ajustées par potentiomètre ajustable

Les résistances R2 et R5 peuvent être remplacées par les potentiomètres ajustables RV1 et RV2 montés en résistances variables. Le PCB que j'ai conçu pour cette alimentation comporte des pastilles supplémentaires prévues pour l'implantation optionnelle de potentiomètres ajustables multitours verticaux (notez toutefois que la place n'est pas parfaitement optimisée pour cela).

Si la valeur exacte de la tension de sortie importe peu (si elle n'est pas critique pour votre application), alors optez de préférence pour des résistances fixes. En tout cas, évitez à tout prix les potentiomètres ajustables multitours du type "1 euro les 10" !


Régulateurs "nus" ou montés sur dissipateurs thermiques ?

L'échauffement des régulateurs dépend de la puissance P qu'ils dissipent. Cette dissipation de puissance P (exprimée en watts) dépend d'une part du courant I (en ampères) débité sur leur sortie et d'autre part de la tension différentielle U (en volts) qui règne entre leur entrée et leur sortie. Sans doute vous rappelez-vous de la formule P = U * I... A partir d'une certaine puissance dissipée, les régulateurs ont intérêt à être fixés sur un dissipateur thermique (radiateur) pour les aider à supporter le coup de chaud. Mais à partir de quelle puissance doit-on considérer comme obligatoire l'ajout d'un dissipateur ? D'après les documents techniques des constructeurs, il ressort qu'il faut éviter de dépasser 1 W si le régulateur n'est pas coiffé d'un dissipateur. Il faudra donc simplement s'assurer que U * I soit inférieur à 1 W (par exemple, 3 V et 300 mA, ou 5 V et 120 mA).

Si j'ai indiqué plusieurs valeurs possibles de tensions secondaires pour le transformateur TR1, c'est précisément pour limiter l'écart de tension différentielle U entre l'entrée et la sortie des régulateurs. Cette alimentation n'est pas un appareil de laboratoire, mais une alim prévue pour un étage préamplificateur avec des tensions d'utilisations fixes.


Important

Les semelles des régulateurs ne doivent pas être en contact électrique entre elles-mêmes. L'utilisation d'un unique dissipateur pour plusieurs régulateurs impose l'emploi d'un isolant (mica ou silicone) entre chaque régulateur et le dissipateur. L'utilisation d'un dissipateur différent par régulateur permet de se passer des isolants électriques qui freinent (un peu) la conduction thermique.


Les LED câblées en sortie des régulateurs sont obligatoires. Elles permettent de "tirer"  le courant minimal de 10 mA qui garantit un fonctionnement correct des régulateurs. Cela permet une vérification des tensions de sortie sans autre charge, ça fait joli et ça rassure.


Alimentation Phantom +48 V

La tension continue obtenue après redressement et filtrage de la tension alternative issue du secondaire du transformateur TR2 de 48 Vac atteint une valeur assez coquette, comprise entre 65 Vdc et 70 Vdc (66 V sur mon exemplaire). C'est la raison pour laquelle il est fait usage d'un régulateur de tension pouvant supporter en entrée une tension aussi élevée. Le TL783 accèpte en effet sur son entrée, une tension maximale de +125 Vdc, que l'on peut comparer aux 37 Vdc max supportés par les LM317 et LM337. La tension de service du ou des condensateurs de filtrage C11x doit être de 100 V. Pas question de se dire que l'on peut utiliser un modèle 63 V en comptant sur la marge de sécurité prévue par le fabricant.

Les résistances R7 et R8 permettent la "programmation" de la tension de sortie du régulateur U3. Rappelons que si la tension standard d'une alimentation Phantom est de +48 V, elle peut toutefois prendre toute valeur comprise entre +44 V à +52 V. Cette valeur n'est donc pas critique, et chercher à obtenir +48,00 V est totalement inutile.

Remarque : la résistance R9 de limitation de courant dans la LED3 chauffe un peu et il faudra la surélever légèrement du PCB pour faciliter l'évacuation de la chaleur. Pour limiter cet échauffement, vous pouvez au besoin remplacer cette résistance par deux résistances 1/4 W en série (somme des valeurs équivalente à celle de R9).

Sans dissipateur thermique sur le régulateur U3, le courant maximal pouvant être débité sur la sortie +48 V est de 50 mA. Avec un dissipateur thermique, même de dimensions modeste, le courant de sortie maximal sera limité à 100 mA - ce qui permettrait d'alimenter 10 microphones électrostatiques au lieu de 5. Il y a de la marge !


Résistance de puissance R10 : Quezako ?

Que vient donc faire cette résistance optionnelle R10 (modèle 3 W) de valeur comprise entre 100R et 1k5 sur le trajet de la tension filtrée et non régulée du +48V Phantom ? Tenté de vous répondre sous forme d'énigme, je vous fournis les indices suivants :

Si vous ne savez pas, deux options s'offrent à vous :

;)


Prototype

Réalisé selon l'implantation des composants proposée plus loin. L'oeil averti aura remarqué l'orientation incorrecte de la diode D14 sur ces premiers PCB nus, l'erreur ayant été corrigée après la demande de fabrication. J'ai bien sûr soudé la diode en question dans le bon sens...


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Si la mystérieuse résistance R10 doit être implantée, n'oubliez pas de la surélever de 5 mm, elle ne doit pas toucher le PCB.


alim_multiple_002c_proto_rm_001c 

Si vous ne mettez pas cette résistance R10, inutile de surélever le strap qui la remplacera.

Dernière vérification visuelle pour s'assurer de l'absence de court-circuits, branchement de transformateurs délivrant une tension plus faible que celle requise pour commencer (2 x 9 Vac et 24 Vac), puis mise sous tension avec lunettes de protection, gants de boxe et masque anti-émeute, au cas où...

alim_multiple_002c_proto_rm_001e  alim_multiple_002c_proto_rm_001f  alim_multiple_002c_proto_rm_001g  

Pas d'explosion et tensions de sortie conformes à celles attendues => PCB validé.

La fixation d'un dissipateur thermique (radiateur) sur les régulateurs de tension n'est pas impérative tant que ces derniers ne chauffent pas trop (c'est-à-dire si on ne se brûle pas en laissant en permanence le doigt sur leur semelle métallique). N'oubliez pas que l'élévation de température sera supérieure dans un boîtier fermé... qui ne devra pas l'être entièrement !


alim_multiple_002c_pcb_3d_i  alim_multiple_002c_pcb_3d_k  
Dissipateurs 19x15x10 mm ou 19x13x12 mm, par exemple Aavid 577202B00000G


Circuit imprimé (PCB)

Réalisé en double face avec composants traversants, dimensions du PCB = 10 cm x 6 cm.
Les points test 0V, V1, V2 et V3 situés près des diodes de redressement permettent de mesurer les tensions filtrées avant régulation.

Pour changer, j'ai choisi un vernis épargne rouge ;)


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Typon au format PDF


Vente de PCB prêt à l'emploi ?

S'il y a de la demande, je pourrai fournir un PCB nu (sans les composants). 
Si une telle option voit le jour, l'envoi du PCB se fera obligatoirement en lettre suivie.


Historique

28/03/2021
- Réception PCB, assemblage et tests.

15/03/2021
- Correction erreur Diode D14 câblée à l'envers. Merci à Thierry C. qui m'a informé de cette coquille... avant la première mise sous tension.

14/03/2021
- Première mise à disposition.