Electronique - Realisations - Alimentation symetrique 012

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Dernière mise à jour : 29/08/2021

Caractéristiques principales

Tension : +/-15 V (+/-9 V à +/-24 V)
Courant : 1 A
Régulée : Oui

Présentation

Cette réalisation convient pour alimenter tout montage analogique (domaine audio ou mesure) nécessitant une alimentation symétrique (double), avec une branche positive et une branche négative (tensions de sortie fixes).

Elle fait appel à des régulateurs de tension ajustables de type LM317 et LM337, les tensions de sortie peuvent être fixées entre +/9 V et +/24 V. Cette réalisation est une copie de mon alimentation multiple 002c de laquelle j'ai retiré l'alimentation phantom P48. De fait, c'est aussi une copie révisée (plus compacte) de mon alimentation symétrique 001...
Une vue plus détaillée des diverses parties de l'alimentation est proposée en page Alimentation secteur - Bases.

Schéma

Le schéma qui suit représente la totalité de l'alimentation, et repose sur l'emploi de composants courants et éprouvés.

La partie supérieure du schéma constitue le rail positif, la partie inférieure constitue le rail négatif.

Choix du transformateur

Pour le choix de la tension et de la puissance du transfo, merci de vous reporter à la page Bases Alimentations secteur.

Le transformateur peut posséder soit un enroulement unique avec point milieu, soit deux enroulements totalement séparés, que vous raccorderez au centre pour créer le point milieu.

Remarque : les exemples ci-devant n'ont pas de relation directe avec le schéma principal décrit ci-avant : il s'agit juste de montrer comment raccorder les secondaires selon leur type. Ne vous fiez donc ni à la valeur ni à la référence des composants visibles sur ces exemples.

BR1 de l'exemple ci-devant correspond aux quatre diodes D1 à D4 du schéma de l'alimentation 012
C1 de l'exemple ci-devant correspond aux condensateurs C1A à C1D du schéma de l'alimentation 012
C2 de l'exemple ci-devant correspond aux condensateurs C6A à C6D du schéma de l'alimentation 012

Redressement

Le redressement de la tension alternative issue du transformateur TR1 (deux secondaires, ou secondaire à point milieu) est confié au pont de diodes composé de D1 à D4. De simples diodes 1N4007 suffisent si le courant débité par chaque branche en sortie ne dépasse pas 1 A. Pour un courant de sortie supérieur à 1 A, et dans la limite bien sûr des 1,5 A imposée par les régulateurs de tension choisis ici, vous pouvez opter pour des diodes de type BY255, qui supportent 3 A.

Vous pouvez aussi utiliser des diodes de redressement rapide comme les BYW98-200, STTH1R02, MBR745 ou MBR20100CT ou encore un pont de diodes moulé en lieu et place des quatres diodes. Mais dans ce cas, le circuit imprimé que je propose plus loin n'est plus adapté.

Filtrage principal

Le lissage de la tension alternative redressée est assurée par les condensateurs C1A à C1D (C1x) pour la branche positive, et par les condensateurs C6A à C6D (C6x) pour la branche négative. L'utilisation de plusieurs condensateurs câblés ainsi en parallèle (au lieu d'un seul) présente l'avantage d'une surface occupée plus "maléable" en hauteur.

La valeur totale des condensateurs dépend de l'intensité de courant maximale prévue en sortie. Gardons en mémoire cette façon empirique de déterminer leur valeur : environ 1000 uF par ampère (en audio, on double souvent cette valeur). Par exemple :
- pour 100 mA : C1x = 100 uF à 220 uF
- pour 500 mA : C1x = 470 uF à 1000 uF
- pour 1000 mA : C1x = 1000 uF à 2200 uF

Le nombre de condensateurs à placer dépendra de la valeur totale de la capacité et de leurs dimensions physiques.

Régulation de tension

Elle est intégralement assurée par des régulateurs de tension intégrés "tripodes" en boîtier TO220 : LM317 pour la partie positive et LM337 pour la partie négative. Ces régulateurs sont de type "programmables", leur tension de sortie est déterminée par la valeur de deux résistances : R1/R2 pour le LM317 (branche positive) et R4/R5.pour le LM337 (branche négative). Voici quelques valeurs typiques, obtenues avec les formules indiquées sur le schéma, soit :

Vs+ (tension de sortie positive) = 1,25 * (1 + (R2 / R1))
Vs- (tension de sortie négative) = 1,25 * (1 + (R5 / R4))

Tension de sortie	R1 = R4 = 220
9 V	R2 = R5 = 1364
12 V	R2 = R5 = 1892
15 V	R2 = R5 = 2420 (2200 + 220)
18 V	R2 = R5 = 2948 (3000 ou 1500 + 1500)
24 V	R2 = R5 = 4000 (3900 + 100)

Souvent, les valeurs calculées ne correspondent pas à des valeurs normalisées. Dans ce cas, essayez de trouver une résistance de valeur proche ou une combinaison de deux résistances qui donne un résultat proche. Par exemple, pour les valeurs données ici pour 15 V, il aurait fallu des résistances de 2420 ohms. Il existe bien des résistances de 2400 ohms, mais autant mettre en série deux résistances de 2200 et de 220 ohms, car dans ce cas particulier, ça tombe juste. Vous pouvez aussi mettre une résistance de 2200 ohms associée à un potentiomètre ajustable de 470 ohms, ce qui permet de régler la tension de sortie à exactement 15 V. Mais à mon avis le jeu n'en vaut pas la chandelle, car il est rare qu'un montage analogique qui attend du +/-15 V soit perturbé si on lui donne du +/-14,9 V ou du +/-15,1 V...

Remarques

Il est important que les résistances R1 et R4 soient situées au plus proche de leur régulateur respectif. Surtout pour la broche de la résistance située côté sortie régulateur. Cela permet de garantir une meilleur régulation en charge, c'est à dire de limiter les variations de tension en sortie, en fonction des variations du courant consommé.
Vous pouvez remplacer les résistances R2 et R5 par des potentiomètres ajustables, pour pouvoir régler précisement les tensions de sortie. Si vous choisissez cette option, utilisez impérativement des bons potentiomètres (cermet par exemple).
Beaucoup d'AOP (Amplificateurs OPérationels) ne supportent pas des tensions supérieures à +/-18 V. Si cette alimentation est destinée à un montage audio basé sur des AOP, pensez à vérifier leur tension maximale de fonctionnement.

Ajustage des tensions de sortie par potentiomètres ajustables

J'ai prévu sur le circuit imprimé, un emplacement pour des potentiomètres ajustables à la place des résistances R2 et R5. Deux solutions :

tensions fixes : avec résistances traversantes R1/R2 et R4/R5 (ne pas implanter R1', R4', RV1 ni RV2)
tensions ajustables : avec résistances CMS R1' et R4' et potentiomètres ajustables RV1 et RV2 (ne pas implanter R1, R2, R4 ni R5)

L'utilisation de résistances CMS dans le second cas n'est justifié que pour laisser un peu plus de place aux potentiomètres ajustables, mais je reconnais n'avoir pas optimisé le placement des composants pour cela.

Protections additionnelles

Les diodes D5 et D7 empêchent les condensateurs de sortie de se décharger dans les régulateurs de tension, en cas de court-circuit en entrée. Les diodes D6 et D8 quant à elles permettent de décharger les condensateurs placés entre les bornes d'ajustage des régulateurs et la masse, en cas de court-circuit sur la sortie (respectivement C3 et C9 sur le schéma). Ces diodes quatre diodes D5 à D8 ne sont pas obligatoires, mais je vous conseille de les mettre.

Filtrage additionnel

Les deux condensateurs C3 et C9 ne sont pas obligatoires, mais ils contribuent à augmenter la rejection de l'ondulation résiduelle de l'alimentation, ce qui ne peut qu'être bénéfique. Leur valeur sera de 10 uF s'il s'agit de modèles chimique aluminium, ou de 1 uF s'il s'agit de condensateurs au tantales (ces derniers ont une résistance série équivalente - ESR - inférieure).

Indicateurs lumineux de présence tension

Le courant qui circule dans les deux LED d'indication de présence de la tension de sortie est limité par les résistances R3 et R6. Pensez à leur donner une valeur adéquate en fonction de la tension de sortie désirée (détails en page Alimentation d'une LED).

Brochage des régulateurs

Important : les broches d'entrée et de sortie des régulateurs positif LM317 et négatif LM337 sont inversées (la broche d'ajustage reste dans les deux cas la broche 1).

Prototype

Réalisé selon implantation proposée ci-après.

Cette alimentation a été ajoutée à mon ampèremètre 003. Les tensions de sorties ont été fixées à +/-12,5 V.

En fonction des besoins en courant de sortie, des dissipateurs thermiques plus sérieux que ceux que l'on voit sur la dernière photo ci-devant (et montés dans le bon sens) pourront le cas échéant être utilisés.

Circuit imprimé (schéma 001, tensions de sortie fixes)

Réalisé en double face, implantation calquée sur celle de mon alimentation multiple 002c (avec alim phantom P48).

Typon au format PDF

Dissipateurs thermiques

Le ou les dissipateurs thermiques (radiateurs) devront avoir des dimensions adaptées aux besoins de l'alimentation. Ils devront être "assez gros" si le courant de sortie est élevé ou si la différence de tension entre l'entrée et la sortie des régulateur est élevée. Pour l'usage premier que j'ai fait de cette alimentation (ampèremètre 003), je n'ai pas eu besoin d'en installer, les régulateurs restants à peine tièdes. Pour plus de détails concernant les dissipateurs thermiques, voir Radiateurs : comment calculer.

Important : si un seul dissipateur thermique est utilisé pour refroidir en même temps les deux régulateurs de tension, il est impératif d'isoler électriquement les deux régulateurs du dissipateur. Isoler seulement le régulateur négatif est certes normalement suffisant, puisque la semelle du régulateur positif est reliée à la masse. Mais avec le temps qui passe et les composants qui explosent, on aime parfois prendre deux précautions plutôt qu'une...

Historique

29/08/2021
- Première mise à disposition.