Alimentation linéaire

[Fullkamikaz]

Bonjour à tous,

Je suis nouveau ici et en guise de présentation voici le contexte qui m’amène à solliciter vos connaissances.

Je prépare actuellement un examen dans un cadre professionnel, dont une partie est dédiée à l’électronique. Grace à un support de cours et a des chaines youtube telles que celle de Stéphane Feret, je commence à avoir quelques notions dans le domaine mais celle-ci demeures fragile et l’envie de mieux comprendre (aller au delà du simple bachotage en fait) se fait ressentir.

Pour y parvenir, permettez moi de m’appuyer sur un sujet portant sur une alimentation linéaire dont le schéma se trouve en pièce jointe.

Voici ce que je crois en avoir en avoir compris (dites mois si je me trompe) :

De la gauche vers la droite, on trouve tout d’abord la partie transformation, qui comme son nom l’indique, transforme une tension sinusoïdale en une autre tension sinusoïdale probablement moins élevée (dépend du rapport N2/N1) ; Ensuite, si je ne m’abuse, on trouve une partie redressement du signal (constitué par les quarte diodes) en sortie de laquelle on devrait être en présence d’un signal périodique positif ; ensuite le condensateur, qui lui va permettre de lisser la tension (en fonction de la valeur du condensateur et de la pulsation du signal d’entrée on peut se retrouver avec un signal quasi continu) ; c’est après que les choses se gâtent dans mon esprit.
J’ai l’intuition (grâce à ce que j’ai pus lire à droite et à gauche) que la diode Zéner permet d’obtenir un signal totalement lissé, correspondant à la tension Zéner et totalement indépendant des variations de la tension d’entré (du moment qu’elles soient supérieures à la tension Zéner). En revanche je suis parfaitement incapable d’expliquer la présence du transistor et de l’AOP. Pour ce qui est de l’AOP, sa sortie étant reliée à la base du transistor, j’imagine qu’il permet de le piloter ce dernier et de l’isoler des éventuelles variations d’intensité mais je nage un peu dans le brouillard…

Quelqu’un aurait-il la bonté d’éclairer ma lanterne sur le rôle de ces composants ?

D’avance, merci.

PS : j’ai bien conscience que votre présence sur ce forum n’a pas pour objet de donner des cours particuliers à des débutants, aussi je ne m’offusquerai pas de ne pas obtenir de réponses ou même de me voir signifier l’impertinence de mon post.

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[penthode]

hello ,
je te résume

l'aop est monté en comparateur et compare donc la référence de la zener sur l'entrée positive
et la tension de sortie sur l'entrée négative
détails dans un cours sur les AOP (montage comparateur )

sa sortie pilote le transistor monté en suiveur de tension donc en ampli de courant , qui fournit la tension stabilisé sur son émetteur.
détails dans un cours sur les transistors (montage collecteur commun)

[Fullkamikaz]

Merci bien, pour cet éclaircissement, je n’avais pas bien identifié le montage de l’AOP.

Je vais probablement dire une bêtise mais, le système ne pourrait-il pas fonctionner sans l’AOP et le transistor ?

Par exemple avec une Diode Zener dont la valeur correspondrait à la tension désirée en sortie de montage ?

[penthode]

c'est ce qu'on appelait , autrefois la régulation SHUNT.

qui , pour être efficace, demande que le courant de ZENER soit au moins 5 fois supérieur au courant maximum de sortie (je te fais grâce des calculs)

tu imagines donc la perte thermique dans la zener !

ce procédé n'est pas utilisé sauf pour les puissances très faibles

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Le principe de fonctionnement de l'AOP peut être vu comme suit : si la tension sur l'entrée "+" de l'aop est supérieure à celle sur l'entrée "-" alors la tension de sortie de l'AOP augmente, sinon elle diminue.
La tension sur l'entrée "+" est fixée par la zener á une valeur que l'on notera Vz.
Le NPN peut être ici vu comme un amplificateur de courant relativement idéal : il suffit d'un courant négligeable pour le piloter, et la tension sur son émetteur est égale à la tension sur sa base diminuée d'une valeur constante proche de 800 mV.



Une facon de comprendre "avec les mains" le montage :
Si la tension de sortie augmente, pour une raison ou une autre (diminution du courant de sortie, augmentation de la tension d'entrée, etc), alors la tensionsur l'entrée "-" de l'AOP va augmenter également puisque celle-ci vaut une fraction fixe de la tension de sortie (fixée par R2 et R3). Si la tension "-" dépasse la tension "+" valant Vz, alors la tension de sortie de l'AOP va diminuer. La diminution de la tension de sortie de l'AOP est directement envoyée sur la base du NPN, donc la tension sur son émetteur va diminuer. Or, cette tension est égale à la tension de sortie.
En conclusion : si la tension de sortie du montage augmente, alors l'AOP va ajuster sa tension de sortie pour que la tension de sortie du montage diminue. On peut faire le même raisonnement si la tension de sortie du montage vient à baisser.
La tension de sortie du montage se stabilise donc à une valeur fixe, telle que les tensions dèntrées de l'AOP soient égales.


Edit :

qui , pour être efficace, demande que le courant de ZENER soit au moins 5 fois supérieur au courant maximum de sortie (je te fais grâce des calculs)

Ca dépend des performances dynamiques (au sens dVz/dIz) de la zener et de la qulité de la régulation voulue. Avec des composants modernes ayant une faible résitance dynamique, on pourra se contenter d'un courant ZENER proche du courant maximum de sortie... ce qui peut néanmoins engendrer de fortes pertes suivant le montage.
Celui-ci reste cependant intéressant dans certains cas particuliers.

[Fullkamikaz]

Effectivement, on se représente facilement le problème de rendement.

En revanche, je suis assez étonné que la tension stabilisé soit fournie par l’émetteur du transistor et non par le collecteur.

Ce doit être un biais induit par le fait que jusqu'à présent je n’ai fait, pour m’entrainer, que des exercices très scolaires mais je pensais que les « sorties » de montage se faisaient plutôt par le collecteur.

Ce type de branchement est-il courant ?

[harmoniciste]

Bonjour,
L'intérêt de ce montage à ampli comparateur est:
- La tension en sortie est ajustable à volonté grace au pont diviseur R2 et R3, tandis que les tensions de Zener n'ont qu'un choix limité
- Le courant qui traverse la diode Zener étant indépendant du courant de sortie du montage, la tension de référence est indépendante du courant instantané délivré par l'alimentation
- L'échauffement de la diode Zener étant faible et indépendant du courant de sortie du montage. La référence de tension est indépendante du courant moyen délivré par l'alimentation .

[penthode]

il est trés courant

la sortie collecteur concerne le gain en tension

la sortie émetteur concerne le gain en courant

ce sont des fondamentaux

il y a pléthore de cours bien faits sur la toile

[Fullkamikaz]

Merci, c’est une notion que je n’avais pas du tout. Je vais de ce pas me renseigner

[Fullkamikaz]

Une facon de comprendre "avec les mains" le montage :
Si la tension de sortie augmente, pour une raison ou une autre (diminution du courant de sortie, augmentation de la tension d'entrée, etc), alors la tensionsur l'entrée "-" de l'AOP va augmenter également puisque celle-ci vaut une fraction fixe de la tension de sortie (fixée par R2 et R3). Si la tension "-" dépasse la tension "+" valant Vz, alors la tension de sortie de l'AOP va diminuer. La diminution de la tension de sortie de l'AOP est directement envoyée sur la base du NPN, donc la tension sur son émetteur va diminuer. Or, cette tension est égale à la tension de sortie.
En conclusion : si la tension de sortie du montage augmente, alors l'AOP va ajuster sa tension de sortie pour que la tension de sortie du montage diminue. On peut faire le même raisonnement si la tension de sortie du montage vient à baisser.
La tension de sortie du montage se stabilise donc à une valeur fixe, telle que les tensions dèntrées de l'AOP soient égales

Merci pour cette explication très « qualitative » du couple AOP transistor.

[penthode]

cela s'appelle un asservissement

[jiherve]

Bonsoir
L'AOP n'est pas monté en comparateur(fonction non linéaire) mais en amplificateur d'erreur linéaire; C'est un montage théorique qui ne fonctionne que si la tension de sortie de l'AOP peut être superieure à la tension régulée + Vbe.
JR

[Antoane]

Bonjour,
Les gens faisant du control appellent bien "comparateur" le composant faisant le calcul de l'erreur en amont du correcteur (PI, PID, etc)...
Ca m'a beaucoup gêné au début

[jiherve]

re
moi j'ai toujours appelé çà amplificateur car si l'on supprime le transistor destiné à amplifier le courant de sortie de l'AOP on se retrouve dans le cas classique d'un montage non inverseur.
les mots ont un sens!
JR

[Fullkamikaz]

Pour résumer, si j’ai bien compris,

Le fait que l’AOP ait été, plus haut, qualifié de comparateur, est du à un abus de langage dû à sa fonction dans le circuit.

L’AOP, ici, est bien en régime linéaire et donc la tension différentielle Ud=V+ - V- est nulle ce qui implique V+ = V-

Avec V-= Vs*(R3-(R2+R3))

Il permet, par le fait que la tension de sortie du montage soit redirigée vers son entrée inverseuse via le pont diviseur de tension, de piloter le transistor en agissant sur le courant de base et ainsi réguler (ou fixer) la tension et l'intensité en sortie de montage.

C'est bien cela?

[jiherve]

re
oui évidement!
mais V- = Vs*(R3/(R2+R3))
JR

[penthode]

La tension oui
L'intensité NON

[stefjm]

Comparateur linéaire = soustracteur analogique

Il y a des jargons dans tous les métiers.

En contrôle de procédé :
- le gain statique correspond au gain dynamique des électroniciens.
- le gain pas forcément en dB correspond à l'amplification des électroniciens.
- Le comparateur correspond à l'Aop monté en soustracteur linéaire.
- Le correcteur est un filtre chez les électroniciens.
- Les automaticiens présentent leur diagramme de Bode en diagramme de Nyquist ou de Black.
Etc...

Quand on fait de la commande tout ou rien, un comparateur d'électronicien peut suffire.

Plus tous les exemples auxquels je ne pense pas!

[penthode]

ça faisait longtemps qu'il n'y avait eu un débat sur la sodomie des diptères...

[stefjm]

Balek et osef de celui qui induit en erreur le débutant!

[gienas]

Bonjour à tous

ça faisait longtemps qu'il n'y avait eu un débat sur la sodomie des diptères ...

+1

Merci de ne pas compliquer inutilement un circuit somme toute, tout simple.

Le montage global est ni plus ni moins un amplificateur apportant une amplification.

Pour simplifier le raisonnement, on peut faire R2 = 0, et en faire un simple suiveur.

R2, permet de monter la tension de sortie pour maintenir l'entrée e- à Uz1.

Comme par nature, l'AOP est incapable de fournir l'intensité demandée, on ajoute le transistor qui se charge de "gonfler" ce courant. Bien entendu, ce transistor n'agit pas dans les quatre quadrants, mais le seul que l'on demande au montage d'assurer suffit largement.

Bien sûr, il y a un Vbe à combattre pour assurer la régulation, mais il sera divisé par l'amplification en boucle ouverte de l'AOP, réputé "infini" ou presque. De toute façon, le décalage d'un ampli OP n'est jamais nul, il faut toujours le compenser.

Là, s'agissant d'une alimentation réglable (via R2), on se débrouille pour l'ajuster pour avoir exactement la tension souhaitée. Ceci, bien sûr, dans les cas critiques, ce qui n'est pas le cas de ce montage tout venant.

[Antoane]

Bonjour,

Tant qu'on est dans les détails sur un circuit apparement assez basique : il est préférable de conserver le ratio R2/R3 fixe et de faire varier la tension de référence (par exemple avec un potentiomètre en parallèle de la zener). Cela permet :
- de faire descendre la tension de sortie à zéro
- d'avoir une fonction de transfert indépendante de la tension de sortie. C'est par exemple le concept retenu par Tropique dans https://forums.futura-sciences.com/p...ference-6.html et https://forums.futura-sciences.com/p...lim-sympa.html

ça faisait longtemps qu'il n'y avait eu un débat sur la sodomie des diptères...

Ca me parait pas stupide de savoir qu'on terme qui sera considéré par les un comme faux apparaitra correct pour d'autres.

[stefjm]

Merci Antoane.

[jls28]

En pratique, obtenir un tension de sortie de zéro ou proche de zéro ne fonctionnera pas
avec n'importe quel amp-op, il en faudra un qui fonctionne avec une alim simple,
comme le LM358 ou CA3140 par exemple.

C'est vraiment un montage théorique très simple (on peut difficilement faire plus simple).
En pratique par exemple on mettrait une capa de valeur moyenne en parallèle avec la zener
pour limiter le bruit de la zener.

[Fullkamikaz]

mais V- = Vs*(R3/(R2+R3))

Oui, effectivement, erreur de frappe

La tension oui
L'intensité NON

Très bien, c'est noté.

En fait, ce circuit, pour moi, comporte un intérêt pédagogique. Il me parait plus accessible que d’autres mais en faisant, malgré tout, intervenir les différents composants que l’on retrouve un peu partout ailleurs, notamment dans des circuits plus élaborés. Mon idée (bonne ou mauvaise, l’avenir me le dira) est, qu’à la condition de le comprendre suffisamment finement, il puisse me servir de base pour me repérer dans des circuits différents voir même potentiellement plus complexes.

La finalité de ma démarche, au delà de la réussite à mon examen, qui elle peut s’obtenir en recrachant bêtement les formules apprises par cœur, est de comprendre le mieux possible les différents phénomènes en jeux. C’est, d’un point de vu personnel, assez compliqué mais assez satisfaisant.

Je vous remercie beaucoup pour vos contributions, elles me permettent d’ores et déjà de mieux cerner le rôle des différents éléments car, entre la théorie du fonctionnement des composants étudiés séparément et la réalité de leur fonctionnement dans un circuit plus global avec les interactions que cela implique, il y a quand même un petit monde

Merci d’avoir été patient avec un débutant

[jiherve]

bonsoir

Bien sûr, il y a un Vbe à combattre pour assurer la régulation, mais il sera divisé par l'amplification en boucle

ce n'est pas à cet effet du Vbe que je faisais allusion mais au fait que Vsmax <= Vout max AOP - Vbe => Hi drop out
Ce montage est de facto mauvais il faut un ballast PNP dans ce cas Vsmax <= Valim - Vce sat.=> Lo drop out
JR

[DAT44]

Bonjour,
pour la théorie ce n'est pas important car on considère que les composant sont parfait, mais IRL, il faut bien maitriser les notions de tension de déchet haut et bas (Hi drop out et Lo drop out) propre a chaque AOP que tu vas utiliser ...