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Dernière mise à jour : 17/09/2009
Préambule
Tout montage ne vaut que par la qualité de son
alimentation. Et c'est pourtant bien souvent un point
négligé !
Il existe deux familles principales d'alimentations secteur : les
alimentation linéaires et les alimentations à
découpage. Les alimentations linéaires sont plus faciles
à fabriquer et à dépanner. Mais elles
présentent l'inconvenient (surtout pour les fortes puissances),
d'être plus encombrantes, d'avoir un rendement inférieur
et de chauffer plus que leur homologue à découpage. Pour
un industriel, le choix du type d'alimentation va évidemment
influencer le coût de fabrication ou d'intégration. Il est
à noter que tout fabricant de matériel ne possède
pas forcemment la compétence pour réaliser des
alimentations à découpage, et souvent il
l'achètera à un
spécialiste. La réalisation d'une alimentation à
découpage par l'amateur reste relativement délicate,
même
avec l'apparition de composants intégrés assurant le plus
gros du travail. Dans tous les cas, je ne saurais que trop conseiller
au
débutant en électronique de commencer par la
réalisation
d'une alimentation linéaire. De même, je ne vous
conseilles
pas de dépanner une alimentation à découpage si
vous
ne connaissez pas parfaitement son fonctionnement. Ceci dit, vous
comprendrez
que la suite de cette rubrique ne concernera que les alimentations
linéaires.
Constitution de base d'une alimentation secteur linéaire
Le nombre de schémas électroniques complets disponibles
sur le net
et dans les revues d'électronique (qui dit en passant
disparaitront sans doute bientôt vu l'évolution des
choses) est
impressionant. Je ne vais donc pas publier ici une n-ième
version de montage que l'on trouve partout, mais plutôt apporter
quelques commentaires (enfin bon, si vous insistez, voici le schéma
d'une
alim
2 x 15V). Vous trouverez dans les lignes qui suivent, le
schéma de base de quelques alimentations courantes de type
simples et symétriques (doubles). Ces schémas ne laissent
apparaitre aucune régulation, nous avons affaire là
à des alimentations filtrées mais non
régulées. L'ajout d'un régulateur est
justifié pour les montages électroniques
nécessitant une alimentation très stable, comme les
préamplificateurs, les systèmes de mesure ou les montages
de type numériques. Le plus souvent, aucun régulateur
n'est employé pour l'alimentation en énergie de la
section puissance d'un amplificateur BF. Nous y reviendrons plus loin.
Alimentation simple avec transformateur à
secondaire unique
Dans la configuration de cablage qui suit, le redressement est dit
Mono-alternance, seules les alternances positives de la tension
alternative délivrée par le secondaire du transformateur,
sont utilisées, les alternances négatives sont purement
ignorées. En d'autres termes, on utilise le
transfo à moitié de sa capacité. Ce type
d'alimentation convient
très bien pour un montage qui ne consomme pas beaucoup de
courant, car le condensateur
de filtrage emmagasine assez
d'énergie pour fournir ce qu'on lui demande. Mais demandons un
peu plus de courant en sortie, et là c'est la catastrophe, la
tension de sortie ondule et s'il s'agit d'une alimentation pour un
montage audio, on se retrouve avec une belle ronflette
superposée au signal audio utile. Si le courant demandé
est assez important, il faut faire appel à un redressement
double alternance (solution conseillée), ou augmenter
très fortement la valeur du
condensateur de filtrage (pas très élégant).
Retenez donc que la
solution du
redressement mono-alternance présentée ci-avant est
déconseillée pour une application audio, mais
qu'elle peut parfaitement convenir pour un étage
électronique pour lequel une valeur d'ondulation
résiduelle importante n'est pas critique (un étage de
commande de relais par exemple). Dans la configuration de
cablage
qui suit, le redressement est
dit
Double-alternance, les alternances positives et négatives de la
tension
alternative délivrée par le secondaire du transformateur,
sont
utilisées. Cela est rendu possible par l'emploi de quatre diodes
au lieu d'une seule (deux se chargent de travailler avec les
alternances positives, les deux autres se réservent les
alternances négatives).
Cette configuration permet d'avoir un résidu de tension
alternative de bien
moindre amplitude en sortie finale pour un même courant
consommé, par rapport au montage à une seule diode. Le
condensateur est en effet chargé deux fois plus souvent, et la
tension à ses bornes reste ainsi plus souvent proche de son
maximum. Ce montage est conseillé quasiment dans tous les cas de
figure, il demande simplement quatre diodes au lieu d'une seule. Un
surcout vraiment négligeable au vu de ce qu'il rapporte !
Alimentation simple avec transformateur à
secondaire à
point
milieu
Dans la configuration de cablage qui suit, le redressement
est
aussi de type Double-alternance, malgré l'emploi de seulement
deux diodes de redressement. Les performances de ce montage sont les
mêmes que celles que l'on
a en utilisant un secondaire simple avec un pont de quatre diodes.
Remarque : un tel cablage
de deux enroulements secondaires de même tension de sortie ne
signifie pas que la tension de sortie va être doublée par
rapport à un cablage avec enroulement secondaire simple. Par
rapport au point milieu, la tension crête de sortie de chaque
"extremité" d'enroulement est celle de la moitié de
l'enroulement total, et chaque diode conduit sur une moitié de
l' alternance seulement, et ne voit donc que la moitié de
l'amplitude d'une onde complète. Par contre, si l'on cable le
secondaire avec un pont de quatre diodes comme dans le montage
précédent, et sans tenir compte du point milieu (qui
reste donc en l'air), la tension de sortie sera bien doublée (un
transfo 2 x 12 V devient un transfo 1 x 24 V).
Alimentation symétrique
avec
transformateur à
secondaire à point milieu
Il s'agit sans doute là de la configuration de cablage la plus
fréquement rencontrée. Elle permet d'obtenir deux
tensions symétriques, opposées en polarité par
rapport à une masse commune qui sert de référence
(0 V). Schéma de base classique comme utilisé à la
page Alimentation
symétrique 005.
Attention à ne pas vous tromper dans la polarité des
condensateurs, le condensateur du bas à bien sa borne +
reliée à la masse !
Alimentation symétrique
avec
transformateur
à deux secondaires séparés
Voici le schéma correspondant :
Vous pouvez assimiler ce montage à deux alimentations simples
à redressement double alternance, dont l'une va servir pour la
partie positive et l'autre pour la partie négative. Le point
commun qui sert de référence (masse 0 V) est obtenu en
réunissant la borne négative de l'alimentation "positive"
(celle du haut sur le schéma), avec la borne positive de
l'alimentation "négative" (celle du bas). Notez qu'en abscence
de point commun de masse 0 V, nous avons là deux alimentations
simples totalement isolées l'une de l'autre !
Alimentation symétrique
avec
transformateur à secondaire simple
Cette façon de faire est souvent mise en oeuvre dans des
montages qui nécessitent une alimentation symétrique, et
que le transfo fourni est de type externe et à sortie
alternative. Cela permet d'utiliser un connecteur jack d'alimentation
classique (et donc peu couteux) à deux connecteurs, et de
générer les deux tensions symétriques au sein
même de l'équipement. Exemples d'utilisations :
pédales d'effets de guitares, modem RTC avec port série
RS232. Le schéma ci-dessous montre une façon de faire :
Retenez que pour ce genre de montage, on se retrouve avec un
redressement de type Mono-alternance, donc moins performant. Les
résultats ne sont interressants que si la consommation globale
est faible, de l'ordre de 100 mA maximum sur chaque branche. Au
delà de 100 mA, je déconseille cette approche et
préconise l'emploi d'un secondaire double ou à point
milieu comme vu précédement. On peut aussi faire appel
à des
condensateurs de forte valeur qui permettent d'obtenir deux sorties
galvaniquement
isolées l'une de l'autre, toujours à partir d'une source
de tension unique.
Alimentation symétrique avec une tension double additionnelle
On
peut dans certains cas avoir besoin d'une tension de sortie
addditionnelle de valeur plus élevée que les tensions permises par le
transformateur utilisé. Par exemple, on souhaite disposer de deux
tensions symétriques de +/-6 V et d'une tension additionnelle de +12 V
alors qu'on ne
dispose que d'un transformateur de 2 x 6 V. Ou alors disposer de deux
tensions symétriques de +/-12 V et d'une tension additionnelle de +24 V
alors qu'on ne
dispose que d'un transformateur de 2 x 12 V. Si le courant demandé pour
la sortie additionnelle n'est pas trop important, on peut
utiliser un doubleur de tension, comme le montre le schéma suivant.
Ce procédé a par exemple été mis en oeuvre dans mon alimentation
multiple 002, avec une légère variante que je vous laisse trouver.
Attention
: avec ce genre de montage, il est recommandé de prévoir une
régulation à la suite du doubleur de tension, car la tension réellement
disponible au point Vs2+ peut varier dans de grandes proportions en
fonction du transformateur utilisé et de la tension réelle du réseau
EDF.
Les hautes tensions
Lorsqu'il faut générer des tensions continues de quelques
centaines de volts, on peut faire appel à diverses techniques,
dont le multiplicateur
de tension.
Mais la plus simple, surtout quand la tension désirée est
"modeste", consiste sans doute à uiliser un transformateur
d'alimentation élévateur, suivi de diodes et
condensateurs dont la tension de service est soigneusement choisie. Le
schéma qui suit, extrait d'un schéma d'alimentation
d'amplificateur à lampes, en est un exemple :
On pourrait être surpris de mettre en série deux diodes
supportant 1000 V (c'est le cas des 1N4007), alors que la tension de
sortie n'est que de 470 V. Cependant, les diodes qui sont à
l'état bloqué doivent supporter, en inverse, une tension
double de la tension crête du secondaire du transfo. Et cette
tension est très proche de 1000 V, ce qui explique qu'il est
plus prudent de ne pas prendre trop de risques. Afin de répartir
convenablement la tension aux bornes des diodes bloquées, des
résistances de forte valeur (ici 220 KO, mais on peut aller jusqu'à 1
MO) y sont
ajoutées en parallèles. Le principe de répartition
de la tension de sortie en deux demi-valeurs est appliqué pour
les condensateurs de filtrage, ces derniers ne voient à leurs
bornes que la moitié de la tension de sortie. Là encore,
on pourrait se contenter d'un seul condensateur de tension de service
de 500 V pour une tension de sortie évaluée à 470
V, mais en procédant ainsi (avec deux condensateurs), les
composants sont moins sollicités, et vieillissent moins vite.
Une prudence parfois jugée comme du luxe par ceux qui
n'utilisent que des condensateurs de haute qualité, dont la
tenue des caractéristiques au fil des ans est bien
établie.
Remarques :
- la valeur capacitive
équivalente de deux condensateurs identiques montés en
série est égale à la moitié d'un seul :
ici, C1 et C2 en série forment un unique condensateur de 110 uF
/ 1000 V (même chose pour C3 et C4).
- les résistances classique supportent 300 V entre leurs deux
bornes. Pour cette raison, il est conseillé d'en placer au moins
deux en série à chaque endroit où une
référence de résistance est indiquée. Par
exemple, R1 peut être constituée de 2 résistances
de 220 KO en série.
Ajout d'un régulateur de tension
L'ajout d'un régulateur
de tension est indispensable si le montage alimenté demande
une tension d'alimentation de grande stabilité. Le
régulateur se met après le condensateur de filtrage
évoqué ci-avant. Pour de plus amples informations, merci
de vous reporter aux pages Régulateur de
tension et Régulation
d'alimentation.
Dimensionnement de l'alimentation
Les paragraphes qui suivent traitent du choix des composants à
utiliser pour réaliser une alimentation linéaire, du type
de celles proposées ici
et là.
Le
choix du transfo, des condensateurs de filtrages principaux, du type
de régulateur, et de la taille du radiateur (s'il y en a besoin
bien
sûr) ne doivent pas être pris à la
légère. Pour être fiable et donner de son mieux,
une alimentation doit
être parfaitement dimensionnée. Prévoyez une marge
de 20 à 30 %, ou même plus si vous pensez un jour adjoindre
un élément à votre montage (vu-mètre non
prévu au départ, ou je ne sais quoi d'autre).
Choix du transfo
Le texte qui suit donne quelques idées
générales, point de "décisionnel absolu". Pour des
besoins spécifiques, ces infos peuvent être insuffisantes
et devront sans doute être complétées.
Type de transformateur
Transformateur
standard, torique, ou spécifique audio (type "R") ? Pour l'audio
faibles niveaux, j'ai fait mon choix depuis longtemps : torique ou type
"R". Les transfos standards sont à bannir pour l'audio faibles
niveaux, à cause de leur pertes magnétiques trop
importantes, qui induisent trop de problèmes de ronflettes (ou
alors il faut les mettre dans un boitier à part, mais
celà engendre d'autres soucis). Les transfos toriques sont bien
car ils rayonnent bien moins, et tiennent moins de place en hauteur
(faciles
à caser dans un rack 1U) sauf bien sûr s'il s'agit de
modèles 600 VA... Les transfos de type "R" sont
très bien aussi, mais attention à leur hauteur, qui
empêche leur utilisation dans un rack 1U. Pour ma
part, j'utilise du type "R" si je peux le caser, sinon, je prends un
torique.
Le seul avantage que je trouve aux transfos standards est leur prix.
En fait, j'en utilise plus que des transfos toriques, car il
conviennent
très bien pour toutes sortes d'autres montages (sinon ils ne se
vendraient pas) !
Tension
de sortie (tension de
secondaire)
Choisissez un transformateur dont la tension de sortie de son
secondaire est en étroite correspondance avec la tension de
sortie régulée
désirée. Pour cela, il faut savoir que la tension
donnée par le
constructeur correspond à la tension alternative efficace. La
tension
redressée, en sortie du pont de diode, sera plus
élevée, 1.4 fois plus
importante environ. Pour connaitre la tension continue que l'on aura
après redressement par les diodes et après filtrage par
le
condensateur, la tension efficace doit être multipliée par
1,41 (racine
de 2), puis on doit lui retrancher la chute de tension dans les diodes
(environ 1,2 à 2,0 V pour un pont de diodes, selon son type). Par
exemple, si vous utilisez un transfo dont le secondaire délivre
une
tension efficace de 15 V, la tension continue redressée et
filtrée Us sera
de :
Us = (15 x 1,41) - 1,2 V = 20 volts environ (1,2V de chute de tension
pour un pont de diodes faible puissance).
ou
Us = (15 x 1,41) - 2,0 V = 19,1 volts environ (2,0 V de chute de
tension
pour un pont de diodes forte puissance).
Comme la chute de tension dans les régulateurs classiques est de
3 V au minimum,
cette valeur convient parfaitement pour une tension de sortie de 15 V.
Remarque pour une tension de sortie 24 V : une fois redressée et
filtrée, la tension efficace de 24 V atteint allègrement
les 32 V. La
chute de tension aux bornes du régulateur est alors de 8 V, ce
qui
nécessite le placement d'un radiateur
bien
dimensionné
sur le
régulateur. On ne peut utiliser de transfo de 18 V, car la
tension
redressée et filtrée ne serait que de 24 V et donc
insuffisante pour que
le régulateur fonctionne correctement (souvenez-vous des 3 V
minimum
nécessaires entre entrée et sortie du régulateur).
Tension réelle en sortie d'un
transformateur
Comme l'impédance interne du secondaire du transformateur n'est
pas nulle, la tension réellement disponible en sortie du
transformateur dépend du courant débité. La
tension spécifiée par les fabricants correspond à
celle que l'on a à pleine charge, c'est à dire sous le
courant nominal (maximal) indiqué. A vide, ou pour un courant
inférieur, la tension est toujours plus élevée, et
il faut bien sûr en tenir compte quand les calculs à
effectuer concernent des applications où la tension et/ou la
puissance n'est pas négligeable. Le surplus de tension est
voisin des valeurs suivantes :
- transfo standard basse puissance (< 80 VA) : entre +15 % et +20 %
- transfo standard moyenne puissance (> 80 VA et < 300 VA) :
entre +10 % et +15 %
- transfo standard forte puissance (> 300 VA) : entre +5 % et +10 %
- transfos torique : environ +10 %
- transfos extra-plat surmoulés Myrra : environ +30 %
- transfo de type "R" : entre +2 % et +4 %
Puissance
La puissance du transfo sera choisie en fonction de la tension et du
courant maximum désirés. Si vous souhaitez
réaliser une alim 9 V / 1,5 A, il vous faudra au minimum un
transfo de 13,5 W (9 V x 1,5 A). La majorité des constructeurs
expriment la puissance du transfo en VA et non en Watts, mais en
pratique il n'y a pas de très grandes différences,
même si ce n'est pas la même chose. Pour
connaitre le courant nominal qu'est capable de fournir un transfo, il
suffit de diviser la puissance du transfo (en VA) par la tension
maximale du ou des secondaires.
Par exemple, un transfo de 2 x 9 V / 75 VA est capable de fournir un
courant de :
75 / 18 = 4,16 A environ (pour chacun des deux secondaires)
et un transfo de 9 V / 75 VA est capable de fournir un
courant de :
75 / 9 = 8,33 A environ (pour l'unique secondaire)
Le calcul est bien sûr possible dans l'autre sens : vous
souhaitez un transfo 9 V / 1,5 A, vous devrez alors choisir un
modèle :
9 x 1,5 = 13,5 VA
Il est de loin préférable d'opter pour une petite marge,
aussi, pour ce dernier exemple, vous choisirez un modèle 16 VA.
Combinaison de secondaires
Vous pouvez mettre en parallèle deux secondaires de même
valeur afin de doubler le courant de sortie disponible (la tension
restant la même), ou les mettre en série afin
d'additionner leurs tensions (le courant de sortie maximal sera celui
permis par le secondaire le moins "puissant"). Par exemple, avec un
transfo de 2 x 9 V / 16 VA, vous pouvez obtenir 18 V
/ 0,88 A (montage des secondaires en série) ou obtenir 9 V / 1,77 A
(montage des secondaires en parallèle). Attention cependant, une
telle association ne vous permet plus de réaliser une
alimentation symétrique "normale", puisque vous vous retrouvez alors
avec
un seul secondaire au final. Voir aussi Cablages
transformateurs.
Combinaison de primaires
La combinaison de bobinages primaires peut être justifiée
quand le transformateur dispose de plusieurs enroulements distincts au
primaire, par exemple deux enroulement de 110 V chacun. Dans ce cas, il
faut relier les deux primaires en série afin de pouvoir leur
appliquer du 230 V, valeur plus courante en France ;-). Ne songez pas
un
instant à mettre deux
enroulement 110 V en parallèle pour augmenter la puissance
disponible, la seule chose que vous augmenteriez serait la
quantité de lumière et de fumée dans la
pièce où à lieu l'expérience. Voir aussi Cablages
transformateurs.
Choix de la diode ou du pont de diodes
Le type de diode ou pont de diodes dépend principalement de la tension
de
sortie
crête du transfo et du courant maximum à délivrer
en sortie, mais aussi du contexte d'utilisation. Votre choix peut aussi
bien se porter sur des diodes
à l'unité (il en faut quatre pour faire un pont) ou sur
un pont moulé (quatre diodes intégrées dans un
unique boitier à quatre pattes). Vous pouvez vous contenter d'un
pont de diode moulé de type
110B6 ou KBP02M pour une utilisation en 12 V / 500 mA, ou utiliser des
diodes classiques telles les 1N4007, ou
les BY255 pour des courants un peu plus importants (1 A par exemple).
Mais vous pouvez aussi exiger mieux, et utiliser des diodes
de redressement rapide (comme les BYW98-200) ou des diodes schottky
(genre MBR745 ou MBR20100CT), qui peuvent améliorer le
comportement global de l'alimentation sur les transistoires rapides.
Pour des courants très importants (20 A par exemple), votre choix
devra se porter sur un pont de diodes de puissance,
généralement équipé d'une semelle
mécanique permettant une fixation directe sur un radiateur de
refroidissement (à ces courants là,
l'échauffement
thermique des diodes n'est plus du tout négligeable).
Utilisation en audio
Jusqu'à une certaine époque, je préconisais
l'ajout d'un condensateur de 47 nF sur chacune
des diodes de redressement, afin de réduire les bruits de
commutation (parasites HF)
produits par les diodes elles-même à chaque alternance.
J'avais appris
cela d'un auteur spécialisé dans le domaine audio haut de
gamme. Puis
j'ai eu droit à un avis différent, de la part d'un
autre auteur lui aussi
spécialisé dans le domaine audio haut de gamme. Contraire
ment au
précédent, ce dernier proscrit totalement ces
condensateurs, qui selon lui
contribuent à laisser passer les parasites et ont donc un effet
plus néfaste que bénéfique. Comme moi-même
n'ai pas
autant d'expériences que ces deux gourous dans ce domaine
précis, je ne
saurais trop quoi vous conseiller, si ce n'est d'essayer
vous-même ! Un
point commun entre les deux experts, qui recommandent fortement, pour
le domaine audio principalement, d'utiliser des diodes rapides, telles
que des UF4001 (en remplacement des 1N4001) ou des BYV28 ou encore des
BYW98. Sur ce point nous sommes donc tous d'accord.
Utilisation en forte puissance
L'ajout d'une résistance de faible valeur (1 à 3,3
ohms) en série avec chaque diode d'un pont de diodes est
parfois conseillé lorsque les courants mis en jeu commencent à
devenir importants (plusieurs ampères). Ces résistances
permettent de limiter l'appel de courant d'une part lors de la mise en
route de l'alimentation (le condensateur de filtrage principal est vu
à ce moment comme un splendide court-circuit car il n'est pas
encore chargé), et d'autre part en fonctionnement normal, ce qui
limite aussi un peu les bruits de commutation.
Choix du condensateur de filtrage
Le choix du type de condensateur à utiliser ici se porte sur une
condensateur électrochimique, ce type de composant permettant
une forte
capacité sous un volume raisonnable. Restent à connaitre
la valeur et la tension de service à utiliser...
Valeur capacitive
De la valeur capacitive et du courant
consommé dépendra la valeur de l'ondulation
résiduelle. Cette dernière n'est ni plus ni moins que la
composante alternative qui reste supperposée à la tension
continue redressée, et que l'on peut comparer à la petite
tache de graisse qui reste toujours même après plusieur
lavages. Cette tension résiduelle doit rester
aussi faible que possible. Notons que sa valeur est ici moins critique
si l'alimentation doit fournir en énergie plusieurs modules qui
possèdent chacun leur propre filtrage (voire régulation),
cas des tranches de certaines consoles de mixage par exemple.
Sans entrer dans les détails des formules mathématiques,
on peut dire que la valeur du condensateur principal de filtrage doit
être de 1000 uF à 2200 uF par tranche de 1 A. Dans la
majorité des cas, 1000 uF suffisent si une stabilisation de la
tension est assurée par la suite. Pour un étage
d'amplification BF de forte puissance, qui utilise bien souvent une
tension filtrée mais non régulée, il est d'usage
de prendre 2200 uF par tranche de 1 A pour "compenser" l'absence de
stabilisation.
Remarque :
sur ces
condensateurs de filtrage principaux
(ceux de forte valeur), il est conseillé de placer en parallèle un
condensateur de 100 nF
à 1 uF, afin d'améliorer le comportement (d'assurer un meilleur
filtrage) dans les plus
hautes
fréquences. La valeur de 100 nF que l'on voit souvent sur les
schémas est déclarée insuffisante par plusieurs
spécialistes en la matière (je n'en fais pas partie), qui
préconisent plutôt des valeurs de l'ordre de 1 uF.
Certains
conseillent de placer trois condensateurs en parallèle sur le
"gros" : un de 1 nF, un de 10 nF et un de 100 nF, chacun agissant sur
une
plage de fréquence différente et contribuant ainsi
à réduire de façon plus efficace le bruit global.
En réalité, je pense que tous ont raison, il faut
simplement savoir ce que l'on cherche à alimenter, et connaitre
les plages de fréquences mises en jeux ou critiques : un montage
analogique avec bande passante 20 Hz à 40 KHz, et un montage
numérique travaillant à 50 MHz ne réclament pas
les mêmes moyens.
Tension de service
La tension de service du condensateur doit être en relation avec
la tension crête qui lui est appliquée, la tension
crête étant tout simplement la tension correspondant
à la valeur la plus élevée de la sinusoïde de
la tension alternative du secondaire du transformateur. Dans le cas
d'un
transfo de secondaire 24 V, la tension crête après
redressement sera de l'ordre de 32 V (voir ci-avant), il faudra donc
choisir un condensateur dont la tension de service sera de 40 V au
minimum. Une tension de service plus élevée (63 V par
exemple) conviendra aussi tout à fait, mais le condensateur sera
un peu plus gros.
Usage en audio
Un
condensateur n'est pas parfait, et il en existe de différentes
qualités. Selon le contexte d'utilisation, certains condensateurs se
comportent mieux que d'autres. Dans le domaine audio, il est important
que les condensateurs se comportent correctement quand on leur demande
de travailler à des fréquences aussi basses que 20 Hz ou aussi hautes
que 15 KHz. Or, l'impédance interne d'un condensateur varie avec la
fréquence d'utilisation, et à partir d'une certaine
fréquence, cette impédance peut prend une valeur qui n'est plus
négligeable. Pour un condensateur chimique standard de forte valeur, on
note une remontée de l'impédance interne assez importante aux alentours
de quelques KHz, disons 5 KHz ou 7 KHz pour donner un ordre de
grandeur. Un condensateur plastique additionnel de plus
faible valeur (33 nF à 10 uF, selon la valeur du chimique
principal et des courants mis en jeu), dont l'impédance commence à
monter à une fréquence bien plus élevée, doit donc "prendre le relais"
et pour cela doit être câblé en parallèle sur le condensateur chimique.
Il existe des condensateurs de qualité dont l'impédance reste faible
même à des fréquences élevées (50 KHz ou plus). Ces condensateurs
(Black Gate, Elna, BC série CO136) sont bien sûr recommandés en audio
mais comme on peut s'en douter, ils coutent bien plus cher que les
chimiques traditionnels. Avec ces condensateurs de qualité et en
restant dans le domaine audio, il n'est généralement pas nécessaire de
câbler un condensateur additionnel de faible valeur en parallèle.
Vieillissement des condensateurs de filtrage
Un condensateur utilisé pour le filtrage d'une alimentation
vieillit d'autant plus vite qu'on le sollicite. Ca peut paraître
bête à dire comme ça, mais comment est-il
sollicité ? Principalement par le courant qu'il a
emmagasiné et qu'on lui demande de restituer (il serait plus
juste d'appeler ça de l'énergie), et par l'ensemble des
"ondulations" et perturbations électriques qu'il reçoit
à ses bornes. Le fait de placer un condensateur de type mylar de
faible valeur (par exemple plastique mylar MKT 100 nF ou 220 nF) en
parallèle sur un condensateur chimique de forte valeur (par
exemple 470 uF ou 2200 uF), contribue à augmenter la
durée de vie de ce dernier, car l'ensemble des perturbations
rapides sont absorbées en priorité par le petit
condensateur.
Choix du régulateur de tension
Le régulateur
de tension doit être choisi en fonction de
la tension et du courant de sortie désirés. Il s'agira
d'un régulateur de tension fixe si la tension nécessaire
est connue d'avance, ou d'un régulateur de tension ajustable si
la tension de sortie de l'alimentation doit pouvoir prendre plusieurs
valeurs (alim de labo par exemple). Il existe une foule de
régulateurs intégrés, mais les plus
réputés sans sans nul doute ceux de la série 78xx
(positifs fixes), 79xx (négatifs fixes), LM317 (positif
ajustable) ou LM337 (négatif ajustable), qui permettent de
fournir un courant de 1 A (1,5 A pour certains), ce qui suffit
bien dans nombre de cas. Ces régulateurs sont bien pratiques
à mettre en oeuvre, mais il faut savoir que certains peuvent
poser de petits soucis d'instabilité s'il ne sont pas bien
cablés ou bien entourés. Instabilités qui peuvent
se traduire par une oscillation parasite difficile ou impossible
à déceler au voltmetre, car s'etablissant à des
fréquences trop
hautes (autour de 100 KHz, ce qui est totalement inaudible, directement
tout du moins). Seul un oscilloscope permet de s'assurer de l'abscence
totale d'oscillation. Le problème de ces oscillations parasites
devient
encore plus ardu quand elles se manifestent par intermittance
(accrochage
suite à une surmodulation ou suite à une élevation
de température). Un tel problème est
généralement lié à une mauvaise conception
de l'alimentation, à
un mauvais routage des pistes du circuit imprimé, à un
mauvais choix de composants (condensateur de valeur trop
élevée à la sortie d'un régulateur par
exemple).
Voir aussi Régulation
d'alimentation.
Doit-on mettre un radiateur sur les régulateurs ?
Cela est conseillé la plupart du temps, et est nécessaire
quand la dissipation thermique du régulateur (la
température qu'il dégage) est importante. Cette
dissipation thermique dépend principalement des facteurs
suivants :
- différence de tension entre l'entrée et la sortie du
régulateur
- courant débité par le régulateur
- température ambiante.
Exemple 1 :
si la
différence de tension entre l'entrée et la sortie du
régulateur est de 6 V et que le courant débité est
de 0,8 A, cela occasionne une dissipation de puissance de l'ordre de
4,8 W, ce qui est beaucoup pour un petit composant nu. Dans ce cas, il
faut un radiateur.
Exemple 2 :
si la
différence de tension entre entre l'entrée et la sortie
du régulateur est de 3 V (le minimum requis pour les
régulateurs courants) et que le courant débité est
de 0,1 A, cela occasionne une dissipation de puissance de l'ordre de
0,3 W, ce qui est plus raisonnable, aucun radiateur n'est ici
nécesessaire si la température ambiante ne dépasse
pas 35 °C.
Les régulateurs intégrés actuels possèdent
une protection thermique qui les protègent contre la destruction
en cas de surchauffe, mais c'est assez casse-pied d'avoir une alim qui
se coupe toute seule à intervales réguliers...
Aussi vaut-il mieux prévoir un radiateur dimensionné en
fonction de ce que vous leur ferez subire. Le calcul du radiateur
à utiliser dépend de la résistance thermique du
boitier du régulateur, exprimée en °C/W
(degrés Celcius par Watt), de la puissance maximale que doit
dissiper le régulateur. Le datasheet du LM317, que vous
trouverez sans problème avec un moteur de recherche internet tel
que Google, explique bien cela
(c'est en anglais mais on peut comprendre la base). Vous pouvez aussi,
si vous préférez le français, consulter la page
Radiateur
: comment
calculer ?,
où j'ai
essayé de décrire la méthode de calcul de la
façon la plus simple que je pouvais.
Astuce : si
vous concevez
vous-même le circuit imprimé de votre alimentation,
essayez de prévoir, dans la mesure du possible, un peu de
surfaces de cuivre pleines reliées aux pattes du
régulateur. Ces surfaces améliorent le refroidissement de
la bête...
Séparation des rôles
Si votre réalisation audio comporte une partie analogique et une
partie numérique - un convertisseur DA ou AD, ou même plus
simplement un vu-mètre à 30 leds - l'alimentation
de la partie numérique doit être totalement
indépendante. Ceci afin d'éviter que toutes les
variations de courant causées par la partie numérique ne
déteigne sur la partie analogique.
Distribution des tensions régulées
Ne lésinez pas sur le diamètre des fils de cablage. Ceci
même si votre montage ne consomme pas des ampères et des
ampères. La raison en est simple : un fil de fort
diamètre présente une résistivité moindre.
Les différences de potentiel créées entre deux
points d'alimentation identique s'en trouveront réduites au
minimum, et le risque de ronflettes réduit par la même
occasion.
Raccorder les masses de vos cables d'alimentation en un point unique.
Si votre alimentation fournie plusieurs modules, effectuez le cablage
en "étoile", et surtout pas en parallèle !
Couplage d'alimentations
Il est des cas où il est nécessaire de coupler des
alimentations par une mise en parallèle ou en série, pour
respectivement augmenter le courant de sortie ou pour augmenter la
tension de sortie. Quand les alimentations sont identiques et
totalement isolées l'une de l'autre, le couplage ne pose aucun
problème. Si elles sont différentes, le courant
disponible avec leur mise en série correspond au courant que
peut délivrer l'alimentation la moins costaud. Les deux
schémas qui suivent montrent que selon l'endroit où l'on
place la référence (qui peut devenir ensuite la masse) on
obtient deux résultats différents. Et pourtant, les
alimentations et leur interconnection sont identiques !
En réalité, si on oublie le point de
référence (masse sur les schémas),
les différences de potentiel aux différents points de
sortie sont
rigoureusement identiques dans les deux cas. Le premier synoptique peut
être utilisé si vous possédez un préampli
micro qui fonctionne sous une tension d'alim simple de 24 V et que vous
souhaitez doter ce préampli d'une alim phantom 48 V. Dans ce cas,
l'usage de deux alimentations 24V vous permet, par leur mise en
série, d'obtenir du +24 V et du +48 V, tous deux avec une
référence 0 V (masse) identique. Notons tout de même
que ce genre de configuration est toléré si le courant
total demandé sur les deux sorties +24 V et +48 V n'excède
pas les capacités de la première alimentation 24 V. Le
second synoptique est un classique d'alimentation symétrique
réalisée avec deux alims totalement séparée.
