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, c'est à dire une alimentation
double, avec une branche positive et une branche négative.
Elle
fait appel à des régulateurs de tension ajustables de
type LM317 et LM337. Les tensions de sortie sont fixées ici
à +/-15V, mais l'adoption d'autres valeurs de tension est tout
à fait possible, moyennant des modifications mineures,
décrites dans les lignes qui suivent. Pour avoir une vue plus
détaillée des diverses parties de l'alimentation et si
vous êtes novice, je vous invite à lire cette page de
présentation d'une alimentation secteur, avant de continuer.
Le schéma
Le schéma représente la totalité de
l'alimentation, et repose sur l'emploi de composants courants mais
éprouvés.
Fusible et varistance La varistance R7, placée en parallèle sur le primaire
du
transformateur, n'est pas obligatoire. Elle écrête les
surtensions de valeur supérieures à 250V, et contribuera
à ralentir le vieillissement de votre alimentation si
votre secteur EDF est souvent sujet à des surtensions. Vous
pouvez omettre cette varistance si vous êtes déjà
équipé de filtre
/ parasurtenseur
secteur. Si vous mettez
cette varistance, placez-la impérativement dans un morceau de
gaine
thermo-retractable. C'est assez rare, mais il peut arriver qu'une
varistance explose, et il vaut mieux alors
étouffer la flamme et empêcher les débris
incandescents de se
propager aux alentours. Le fusible FU1 devra être calibré
selon la consommation
attendue sur les sorties. Prenons l'exemple d'une alim +/- 24V : si
vous comptez faire débiter 1A sur
chaque branche, cela fait 2A en sortie. Ramené à
l'entrée 230V, cela fait grosso-modo 200mA ((2 / 230) * 24).
Donc fusible 250V / 0,2A. Si vous ne savez pas combien votre
alimentation devra débiter, utilisez un fusible 250V / 0,315A.
Rapide ou retardé ? Je vous propose le retardé. Redressement
Le redressement de l'alternatif est confié à un pont de
diodes formé par quatre diodes indépendantes. Vous pouvez
vous contenter de diodes de type 1N4007 si le courant
débité par chaque branche en sortie ne dépasse pas
1A. Au delà, et dans la limite bien sur des 1,5A imposée
par les régulateurs de tension choisis ici, choisissez des
diodes de type BY255, qui supportent 3A. Vous pouvez aussi utiliser des
diodes
de redressement rapide (comme les BYW98-200) ou des diodes schottky
(genre MBR745 ou MBR20100CT). Vous pouvez aussi utiliser un pont de
diodes moulé en lieu et place des quatres diodes. Les
condensateurs C7 à C10,
placés en parallèle
sur les
diodes D1 à D4 du pont de diodes, sont destinés à
réduire
les bruits HF occasionnés par les diodes lors des commutations
conduction-blocage. Régulation
Elle est intégralement assurée par des régulateurs
de tension intégrés de type LM317 (pour la partie
positive) et LM337 (pour la partie négative). 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 C2 et C5 sur le schéma). Ces
diodes D5 à D8 ne sont pas obligatoires, mais je vous conseille
fortement de
les mettre. Quand on
bricole, un court-circuit arrive toujours plus vite qu'on ne le pense. Filtrage
Les deux condensateurs C2 et C5 ne sont pas obligatoires, mais ils
contribuent à augmenter la rejection
de l'ondulation de l'alim, ce qui ne peut qu'être
bénéfique. Leur valeur sera de 10uF s'il
s'agit de modèles chimique aluminium, ou de
1uF s'il s'agit de condensateurs au tantales (ces derniers ont une
résistance
série équivalente - ESR - inférieure). Les
condensateurs C3 et C6 ont pour valeur 22uF s'il s'agit de
chimiques aluminium, cette valeur peut descendre à 1uF s'il
s'agit de tantales (même raison que celle évoquée
précédement). Si vous constatez une oscillation parasite
sur la branche négative une fois l'alimentation connectée
au montage à alimenter, vous pourrez augmenter la valeur de C6 :
tantale de quelques uF ou électrolytique de
quelques dizaines ou centaines de uF. Si les condensateurs de filtrage
d'entrée (C1 et C4)
sont éloignés des régulateurs (plus de 10cm) ,
il conviendra d'ajouter des condensateurs directement entre la borne
d'entrée de chaque régulateur et la masse (C11 et C12 sur
le schéma). Si vous optez pour l'implantation des composants sur
le circuit imprimé proposé un peu plus loin, ils ne
seront pas nécessaires, même si leur empreinte
est prévue. Ces
condensateurs
auront une valeur de 10nF à 100nF s'il s'agit de
céramiques,
ou de 1uF s'il s'agit de tantales (dans ce dernier cas, pensez à
respecter leur polarité).
Les condensateurs C13 et C14 permettent une meilleur
réponse impulsionnelle : si le montage alimenté est de
type audio
(préampli ou ampli par exemple), les transitoires
seront améliorées. Vous pouvez essayer l'alim avec
ou sans ces condensateurs afin
de vous faire votre propre opinion quant à leur utilité,
celle-ci étant parfois sujette à discussion.
Choix des tensions de sortie Les tensions de sortie sont déterminées par la valeur
des résistances R1 et R2 pour la branche positive,
et des résistances R4 et R5 pour la 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
9V
R2 = R5 = 1364
12V
R2 = R5 = 1892
15V
R2 = R5 = 2420 (2200 + 220)
18V
R2 = R5 = 2948 (3000 ou
1500 + 1500)
24V
R2 = R5 = 4000
(3900 + 100)
La plupart du temps, les valeurs calculées ne correspondent pas
à des valeurs de résistances 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 15V, il
aurait fallu des résistances de 2420 ohms. Il existe 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
15V. Mais à mon avis le jeux n'en vaut pas la chandelle, car il
est rare qu'un montage analogique qui attend du +/-15V soit
perturbé si on lui donne du +/-14,9V ou du +/-15,1V... Par
contre, il peut dans certains cas être interressant d'avoir une
alimentation avec tracking, qui assure l'égalité des deux
branches positive et négative (celà fera l'objet d'un
sujet à part). Remarques
Il est important que les résistances R1 et R4 soient
situées au plus proche de leur régulateur respectif.
Surtout pour la patte 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 bien sûr 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 +/-18V. Si cette alimentation est
destinée à un montage audio basé sur des AOP,
pensez-y.
Choix des régulateurs Pourquoi avoir choisi des régulateurs de tension ajustables
LM317 et
LM337 à la place des régulateurs de tension fixes du type
LM78xx ou
LM79xx ? Pour deux raisons :
1 - Ayant souvent construit des alimentations (c'est moins vrai
maintenant, je me repose de plus en plus), je n'avais
besoin de tenir en stock qu'un seul type de composant, quelque soit la
tension de
sortie que je désirais obtenir.
2 - Les LM317 et LM337 bénéficient d'une
régulation meilleure que celle de leur homologues 78xx et 79xx,
et de plus sont bien moins "bruyants" (et en audio, celà
à une importance considérable). Ceci dit, vous avez tout
à fait le droit de préférer une alimentation
basée sur des LM78xx et LM79xx, un peu plus simple à
réaliser mais aussi un tout petit peu moins performante. Datasheet
du
LM317 (LM117), Datasheet
du LM337
(LM137)
Retenez que les régulateurs de type 78xx, 79xx, LM317 ou LM317,
nécessite une tension d'entrée de 3 volts
supérieure au moins à la tension de sortie
désirée. Ainsi, pour obtenir 15V en sortie de tels
régulateurs, il faut au moins 18V (15V + 3V) sur leur
entrée. Sachez cependant qu'il existe des régulateurs
à faible chute de tension (0,5V par exemple).
Choix des résistances et
des
condensateurs
Pour les résistances, vous pouvez vous contenter de
résistances classiques au carbone de 1/4W ou de 1/2W.
L'utilisation de résistances couche métal est mieux pour
des questions de bruit thermique. Personnellement je n'utilise plus que
des résistances métal (sauf peut-être pour certains
montages HF où les résistances carbone - non selfiques -
sont préférées), mais vous n'êtes
pas forcé de faire comme moi ;-). Tous les condensateurs dont la
valeur est supérieure à 1 uF sont des modèles
polarisés chimique, dont la tension de service devra être
supérieure d'au moins 20% à la tension continue qui leur
sera appliquée. Les condensateurs C1 et C4 devront avoir une
tension de service de 63V au moins, un modèle 40V est en effet
un peu limite et n'offre pas beaucoup de marge. Tous les condensateurs
dont la valeur est
inférieure à 1 uF sont des modèles non
polarisés céramique multicouches (type Z5U par exemple).
Pour les 1uF, vous avez le choix entre non polarisé ou
polarisé.
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. Les deux exemples ci-dessous 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 pas à la valeur ou au type des
composants visibles sur ces exemples.
Remarques diverses
Une pratique courante consiste, dans les amplis guitare, à
insérer une résistance de 10 ohms / 2W entre la terre
(côté secteur) et la masse (0V sortie régulation).
Ceci pour contribuer à
diminuer le risque de ronflette. Personnellement, je ne l'ai jamais
fait et ne saurais dire si cela apporte vraiment un plus (je ne connais
pas assez le "monde électronique" de la guitare).
Brochage des régulateurs
Important :
les pattes
d'entrée et de sortie sont inversées
entre le LM317 et le LM337 (la broche d'ajustage reste dans les deux
cas la borne 1).
Circuit imprimé
Suite à plusieurs demandes, j'ai fini par réaliser un
circuit imprimé, que voici.
Forme du circuit imprimé
Il y a plusieurs façon de voir l'implantation des composants,
selon que l'on désire un circuit plutôt "carré" ou
plutôt "rectangulaire". En voici une vision, qui penche vers le
"rectangulaire", car il me semble qu'il est plus aisé de caller
un tel circuit dans un rack 19 pouces. Ceci dit, les dimensions du CI
ne sont finalement pas si importantes que ça, considérant
la présence des radiateurs sur le CI lui-même. Ou est le transfo ?
Le transfo, ainsi que le fusible et l'éventuelle varistance,
seront cablés à côté, par fils. J'ai choisi
de ne pas implanter le transfo sur le CI pour la simple et bonne raison
que le schéma soumis ici n'est pas fait pour une application
unique, mais qu'il peut servir à plein de montages
différents. Et que vous aurez donc à choisir le transfo
qui va pour votre application. Et que je ne peux pas prévoir
à l'avance la taille du transfo que vous choisirez.
Voilà. N'est-ce pas plus simple ainsi ? Vous devrez donc
raccorder votre transfo sur les points A0 (J6), A1 (J4) et A2 (J5), A0
(J6) correspondant au point milieu du transformateur (A comme
Alternatif, c'est une appellation tout à fait arbitraire). Refroidissement des
régulateurs
de tension
Un régulateur de tension chauffe d'autant plus qu'il doit
débiter du courant et que la différence de tension entre
son entrée et sa sortie est grande. La taille adoptée ici
pour les radiateurs convient bien pour une consommation maximale de
800 mA, si l'air peut facilement sortir du coffret dans lequel vous
allez placer le circuit. Si vous voulez faire débiter à
l'alimentation davantage de courant (1 A par exemple), il faudra
augmenter lla taille des radiateurs et donc redessiner le CI, ou
prévoir
une ventilation d'air plus efficace (pas forcement ventilée,
mais au
moins suffisement de trous d'aération sur le dessus du coffret).
Notez au
passage que la température ambiante joue un rôle important
sur le courant max que peut débiter un régulateur de
tension. La plupart du temps, les valeurs de courant max
précisées par les fabricants sont données pour une
températeure ambiante de 25°C. Et dans un boitier
fermé, ce n'est pas la même chose qu'en dehors... Pour
plus de détails concernant les radiateurs, voir Radiateurs :
comment
calculer. Pourquoi tant de
pastilles pour les
gros condensateurs ?
Tout simplement pour avoir plus de chances de pouvoir implanter ces
condensateurs sans avoir à tordre les pattes dans tous les sens.
C'est une technique souvent employée par les fabricants, surtout
pour les condensateurs, dont les dimmensions et surtout l'entraxe des
pattes peuvent varier d'un fabricant à l'autre, pour une
même valeur de composant. Pourquoi ces zones de
cuivre
raccordées au trous de fixation des régulateurs ?
Vous aurez sans doute remarqué que ces zones ne sont pas
raccordées à la masse et sont au contraire totatement
isolées du reste des connections électriques. Il s'agit
s'implement de rajouter un peu de surface de refroidissement pour les
régulateurs. Certes, ça peut sembler minime par rapport
aux "vrais" radiateurs, mais c'est toujours ça de gagné.
